JPH07258761A - 銅製錬転炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅製錬の転炉の操業で熱不足が生じた際に、
熱バランスを改善することを目的とする。 【構成】 銅製錬転炉の炉口より固体炭素系燃料を炉口
に装入して、これを燃焼させた発熱量で熱不足をカバー
する。装入する固体炭素系燃料の量についても規定して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は銅製錬における転炉の操
業方法に関し、特に転炉の操業における熱バランスの改
善に関する。

【０００２】

【従来の技術】銅製錬において、自熔炉等の熔錬炉で産
出されたマットは次いで転炉に装入、処理される。この
転炉において熔融状態のマット中に空気または酸素富化
空気を吹込み、硅酸鉱を投入するとマット中の硫化鉄が
酸化してＳＯ₂ となり、酸化鉄は硅酸鉱と反応して熔融
点が低いスラグを形成し（このための工程を造カン期と
称する）、一方銅は硫黄と結合したままで白かわ（Ｃｕ
₂ Ｓ）となる。次いで比重の小さいスラグを排出して白
かわだけを残した転炉に、更に空気または酸素富化空気
を吹込むと白かわ中の硫黄は酸素と反応してＳＯ₂ ガス
となって除去され、銅分が約９８％で残部は酸素および
貴金属元素を含む粗銅が生成する（このための工程を造
銅期と称する）。熔錬炉および転炉で発生したＳＯ₂ ガ
スは通常硫酸として回収される

【０００３】近年、銅製錬は増熔が指向されており、転
炉でのマット処理負荷も増熔に対応して増加してきてい
る。転炉でのマット処理能力を上げるためには種々の方
法がある。複数の転炉の同時吹錬を行なうのが最も安易
な方法であるが、これでは排ガス処理設備および硫酸製
造設備を増設しなければならないので経済的ではない。

【０００４】羽口からの単位送風量を増加させて吹錬時
間を短縮する方法もあるが、そのようにするには送風機
の増強が必要な上、そのままの転炉では排ガスに随判す
る熔体の飛散量が増加するので転炉を大型にする必要が
あり、また排ガス処理設備を増設することも必要になる
のでこれも経済的ではない。

【０００５】そこで経済的にはあまり問題とならずマッ
ト処理能力を上げる方法として、反応用空気中の酸素富
化量を増して吹錬時間を短縮させる方法がある。しか
し、この酸素富化量の増加は羽口および羽口上煉瓦の局
部加熱を招いてしまう。また吹錬時間は短縮されるが、
スラグの必要滓化時間以上に吹錬時間を短縮する事がで
きない。

【０００６】そこで転炉での操業負荷を大きく変える事
なくマット処理能力を上げる方法として、熔錬炉から産
出するマット中の銅品位（以降マット品位と称す）を高
めて転炉で産出する銅量を増やす方法が一般的にとられ
ている。しかしながらマット品位が高くなると造カン期
における酸化反応熱が減少すること及び前回の造銅期の
スラグを熔融・還元する為の熱が必要となり、造カン期
での熱収支を装入冷剤量で調整できない時は酸素富化量
を増やす対策を取る。しかしながらこの酸素量の増加は
造カン期の吹錬時間の短縮につながり、造カン期の吹錬
時間が所定の時間以下になると造銅期のスラグが熔解し
ない、あるいは吹錬による造銅期のスラグとマットとの
攪拌、接触が行なわれず造銅期のスラグのマットによる
還元・滓化・炉外排出が完全に成されなくなる事態が生
じる。従って炉内に残留する造銅期のスラグが増加して
くる。又、この造銅期のスラグは造銅期終了後の粗銅の
排出に支障をきたし、すなわち粗銅がスラグに巻き込ま
れる等により炉内に残留して次回の造カン期に持ち越さ
れ、この持ち込された粗銅の復硫反応により造カン期の
吹錬時間がさらに短縮されると言った悪循環となってし
まう欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、銅製錬の造
カン期又は造銅期の転炉操業において、酸素富化量の増
減により熱収支を維持する代わりに、固体炭素系燃料の
燃焼により熱を補償させて熱収支を維持する方法を提供
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明者達は固体炭素系燃料の発熱効果に注目し
た。すなわち本発明は、銅製錬における転炉の造カン期
又は造銅期の操業において、銅製錬転炉の炉口より固体
炭素系燃料を炉内に装入して該固体炭素系燃料を燃焼さ
せる点に特徴がある。

【０００９】又、本発明は上記の転炉の操業において、
固体炭素系燃料の炉内への装入量が羽口から炉内に吹込
まれる気体中の酸素の２０容積％以下の酸素と完全燃焼
する物量である点に特徴がある。

【００１０】又、本発明はこれらの転炉の操業におい
て、固体炭素系燃料を炉内へ連続的に装入する物量が１
５０ｋｇ以下である点、すなわち転炉に装入する固体炭
素系燃料の総量が１５０ｋｇを超える場合には、１５０
ｋｇ以下の物量に複数回に分けて装入する点に特徴があ
る。

【００１１】

【作用】本発明は、銅製錬における転炉操業において特
に酸素を富化した空気等を羽口から吹込む吹錬中に転炉
の炉口より固体炭素系燃料を装入し、転炉の中でこれら
を燃焼させて発生する発熱量で補償させて熱バランスを
改善し、これにより転炉の操業で熱が不足する時、特に
高マット品位操業での造カン期の操業の際に、スラグの
滓化時間が得られるように吹錬時間を長くすることが可
能となる。

【００１２】固体炭素系燃料としては、石炭、コーク
ス、木材（木炭）、その他いわゆる炭素分を含んだもの
であればいずれも使用できるが、発熱量の大小から考え
るとコークス、石炭が一般的には望ましい。石炭を用い
た場合排ガス中ダストによって排ガス処理工程、つまり
銅製錬の場合に硫酸が着色する等により硫酸製造工程に
影響を及ぼすことが考えられるが、それが問題にならな
いのならば経済的にコークスよりも安価な石炭が固体炭
素系燃料としては適している。

【００１３】次に固体炭素系燃料の粒度については反応
性の面から細粒であることが望ましいが、炉口を介して
直接炉内に装入する場合、炉内に達せずに、フードまた
は廃熱ボイラー内で燃焼してしまう可能性がある。ま
た、微細粒の固体炭素系燃料を羽口からインジェクショ
ン法を採用した場合、微細粒の固体炭素系燃料が羽口の
内壁へ衝突して羽口の損耗が促進される恐れがあり、さ
らにインジェクション設備を増設しなければならなく経
済的ではない。従ってある程度の大きさをもった固体炭
素系燃料を現状の設備を利用できる炉口を介しての直接
装入法が最も安易で有効である。送風中に炉内に装入す
ることを考慮すると固体炭素系燃料の粒径は３０ｍｍ以
上が好ましい。

【００１４】又、この様に塊状の固体炭素系燃料を用い
て高温の転炉内で燃焼させるので、固体炭素系燃料とし
て石炭を用いた時にそれらに含まれる揮発分が良く燃焼
し、不完全燃焼の揮発分による硫酸の着色現象を防止す
る効果も期待される。又、この様に用いる固体炭素系燃
料として塊状のものすなわち表面積の少ないものを用い
るので、表面積の大きな粉状の固体炭素系燃料を用いる
時の様な強い還元性雰囲気を起こすことは少なく、又用
いる固体炭素系燃料が塊状でしかも比重が小さいので未
燃物がある場合は高温熔体の表面に浮いている場合が多
いと推察されることも考え併せると銅製錬の転炉におけ
る酸化反応を妨害する可能性も少ない。

【００１５】現在の銅製錬の転炉操業では、酸素につい
ての物量バランス計算より羽口からの吹込み空気中の酸
素のうち約２０％はマット中のＦｅ，Ｓと反応せず酸素
ガスのまま炉外に放出されることが調査の結果判ってい
るので、固体炭素系燃料の装入量については吹込み（酸
素富化）空気中の酸素量の約２０％で完全燃焼できる量
を最大量として装入する必要がある。

【００１６】又、固体炭素系燃料の装入仕方は、廃熱ボ
イラーの蒸気発生量の管理上限値を越えない量を１回分
の連続的に装入する量として造カン期吹錬時間を等分す
る様に複数回に分けて装入することによって蒸気発生量
及び熔体温度の変動を抑え安定した操業管理を行なうこ
とができ、１回分の連続的に装入する固体炭素系燃料の
最大物量は、後述する様に現状の商業規模の転炉および
それを用いた操業では、１５０ｋｇであるのが好まし
い。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 以下に本発明の実施例を示す、固体炭素系燃料として塊
状の石炭を使用した。塊状石炭の組成、粒度を下に示
す。 固定炭素分 ： １６．８％ 灰分 ： １１．８％ 揮発分 ： ２０．１％ 水分 ： １０．１％ 平均粒子径 ： ３５ｍｍ なお用いた転炉はＰＳ型転炉であり、その寸法はレンガ
内径３．３ｍφ、胴長１１．９ｍであり、又塊状石炭は
専用ビンの内に収容し、冷剤装入用シュートを利用して
転炉の炉口から炉内に装入した。

【００１８】本試験に先立ち予備試験として連続的に装
入する石炭の１回分の装入量の設定値を１５０ｋｇとし
て（計量値は１４７ｋｇであった）炉口から装入しボイ
ラー蒸気発生量について調べた。結果を図１に示す。こ
れより、ボイラー蒸気発生量の最大値は１７．５トン／
時であり、管理上限値である２０トン／時を越えること
はなく、また未燃カーボンによる硫酸工場への悪影響も
なかった。ところが１回分の装入量の設定値を２００ｋ
ｇとした場合には（計量値は１９８ｋｇであった）フー
ドジャケットからのジャケット水の突沸現象が見られ
た。

【００１９】従って、１回分の装入量の上限値を１５０
ｋｇとし最大処理量を吹錬時間を等分する様にして造カ
ン期において本試験を行なった。条件および結果を表
１、表２に試験Ｎｏ．１として示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】本試験は６４回行ない、表１および表２の
中の数値は１回当りの平均値である。本試験では石炭を
装入しなかった比較例である試験Ｎｏ．２に比べて酸素
富化率を２％減少させその熱補償分として塊状の石炭を
装入した。装入量は第一造カン期では３０７ｋｇ、第一
造カン期では１３４ｋｇであり、１回分の装入量の設定
値は１５０ｋｇであるため第一造カン期では２回、第二
造カン期では１回石炭の装入を行なったことになる。そ
の結果、本試験では試験Ｎｏ．２に比べて第一造カン期
では７分、第二造カン期では４分、計１１分の吹錬時間
が延長し十分な吹錬時間を確保することができた。また
スラグ性状の指標であるスラグ中の含銅分についても試
験Ｎｏ．２に比べて差異は見られずこれは吹錬中におけ
る熱バランスが従来の操業と同じ様に十分に保たれてい
ることを意味している。

【００２３】実施例２ 次に造銅期に石炭を装入する場合についての実施例の条
件および結果を表３および表４に示す。試験は５回行な
い、表３および表４の中の数値は１回当りの平均値であ
る。方法としては吹錬中における酸素富化率は同じと
し、造銅期終了時の粗銅温度を測定することで、石炭装
入による熔体温度上昇の効果を調査した。本試験では石
炭装入量が１４５ｋｇであり石炭を装入しなかった比較
例である試験Ｎｏ．４に比べて、粗銅温度は１４℃上昇
し、石炭装入による熱効果が確認できた。これにより吹
錬中の粗銅の温度が低く推移している場合は造銅期にお
ける塊状の石炭装入は非常に有効であることが判った。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】比較例１ 銅製錬の造カン期で塊状の石炭を装入せず、送風空気へ
の酸素富化率も従来通りの値とした操業を５回実施し、
その条件および結果を表１および表２に試験Ｎｏ．２と
して示した。

【００２７】比較例２ 銅製錬の造銅期で塊状の石炭を装入しない従来通りの操
業を５回実施し、その条件および結果を表３および表４
に試験Ｎｏ．４として示した。

【００２８】

【発明の効果】本発明の方法によれば銅製錬の転炉操業
において転炉の炉口より直接装入した固体炭素系燃料の
発熱量によって反応用酸素富化量の増減に伴なう有効発
熱量の増減、またはマット品位の増減に伴なう反応熱の
増減を補償し吹錬中の熱バランスを維持することができ
る。本発明の方法は酸化反応熱が不足する高マット品位
操業の造カン期において特に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】銅製錬の転炉の吹錬中のボイラー蒸気発生量の
推移すなわち転炉からの高温排ガスをボイラーで熱交換
することにより回収する蒸気の発生量の推移を示す図で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅製錬転炉の炉口より固体炭素系燃料を
   炉内に装入して該固体炭素系燃料を燃焼させることを特
   徴とする銅製錬転炉の操業方法。
2. 【請求項２】 固体炭素系燃料の炉内への装入量が羽口
   から炉内に吹込まれる気体中の酸素の２０容積％以下の
   酸素と完全燃焼する物量である請求項１記載の銅製錬転
   炉の操業方法。
3. 【請求項３】 固体炭素系燃料を炉内へ連続的に装入す
   る物量が１５０ｋｇ以下である請求項１又は請求項２記
   載の銅製錬転炉の操業方法。