JPH11335751A

JPH11335751A - 銅転炉の操業方法

Info

Publication number: JPH11335751A
Application number: JP14074998A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yonekawa; 寿米川; Takeo Saito; 武男斉藤; Akira Yamashita; 山下　　明
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】転炉の造銅期に羽口周辺の溶体に過剰な熱を
与えることなく羽口からの酸素富化空気の供給を可能と
し、これによって羽口煉瓦の浸食を低減する【解決手段】銅転炉１の操業における造銅期に羽口２
から所定酸素濃度の酸素富化空気を供給して吹精し、こ
の吹精中に所定量の冷材を投入して転炉内溶体の温度上
昇を抑制するため、羽口２付近の炉体煉瓦の寿命短縮を
伴うことなく造銅期の時間短縮が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅転炉内のCu₂S、
FeS を主体とするマットにSiO₂主体とする珪酸鉱を添加
して羽口から供給される空気または酸素富化空気で吹精
する造かん期と、生成した溶融スラグを取り除いたCu₂S
を主体とする白かわに羽口から供給される空気で吹精す
る造銅期とを経て粗銅を製造する銅転炉の操業方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】銅製錬で用いられる転炉では、自溶炉等
の溶錬炉で産出されたCuS₂、FeS を主体としたマットを
炉内に装入し、炉体の側面下方に配設された多数の羽口
から空気または酸素富化空気を吹き込み、マット中のF
e、Ｓを除去し、銅品位98〜99％程度の粗銅に仕上げ
る。銅転炉は、一般にピアース・スミス式の銅転炉（以
下、転炉と略す）と呼ばれる円筒横型の炉体が用いら
れ、操業時には炉を傾転して炉体の側面下方から空気あ
るいは酸素富化空気を吹き込むことができる数十本の羽
口を有している。

【０００３】転炉の操業はバッチ式であり、前工程の溶
錬炉から各バッチに必要な量のマットが取鍋で送られて
くるが、転炉内に装入された１バッチのマットの吹精に
も造かん期、造銅期という２種類の製錬ステージがあ
る。造かん期は、羽口から空気または酸素富化空気を供
給してマット中の鉄と硫黄の酸化除去を行う工程であ
り、酸化された硫黄はSO₂ ガスとして排ガス中に除去さ
れ、酸化鉄FeO は融点が高いのでSiO₂を主成分とする珪
酸鉱を炉内に装入してSiO₂と結合させ、低融点のスラグ
を生成させて第１造かん期の終了後に炉外に除去する。

【０００４】第１造かん期の終了後にスラグを炉外に排
出すると炉内の溶体量が減少するので、その後、追加の
マットを炉内に装入し、第２造かん期が行われる。特
に、溶錬炉で産出されたマットの銅品位が60％程度の場
合は、従来から２回の造かん期の実施が一般的である。
造かん期を終了してスラグを炉外に排出した溶体は白か
わと呼ばれ、銅品位は75％前後であり、若干残った鉄を
除いては全てCu₂Sである。造かん期の終了後に造銅期に
入り、ここでは、羽口から空気を供給してCu₂Sの硫黄分
を酸化除去し、最終的に銅品位98〜99％程度の粗銅に仕
上げる。

【０００５】転炉の操業においては、造かん期および造
銅期いずれも硫化物中の硫黄の酸化発熱反応であるため
に溶体の温度が必要以上に上昇するので、炉内の溶体中
に冷材を投入して熱バランスを取るようにしている。造
かん期では、取鍋内のマットを装入した後に、取鍋に付
着したマットが凝固したいわゆる固ヒを粗砕したものを
一般に冷材として使用している。一方、造銅期では、鉄
を除去した後の銅品位を高くした白かわを処理するの
で、電線クズ、アノードスクラップ等の銅品位が高い冷
材を使用している。

【０００６】従来から造銅期の冷材は造銅期の前あるい
は造銅期途中に数回に分けて、投入ボートに積み込ん
で、クレーンで投入される。操業途中に冷材を投入する
場合には吹精を中断して行う必要があるため、１バッチ
操業時間が延長され、結果として粗銅生産能力が減少す
る。また、冷材投入による中断回数をできるだけ抑制す
るためには、一度に冷材をまとめてクレーンで投入する
必要があるが、冷材が多量になると、炉内温度が急降
下、上昇を繰り返すことになって炉内の煉瓦に悪影響を
及ぼす。

【０００７】造かん期に冷材として固ヒ冷材を使用する
場合には、固ヒ冷材が取鍋に付着した凝固マットを粗砕
したものであるため、転炉の吹精を中断せずに排ガスフ
ードの脇に設けた投入シュートから炉口を介して固ヒ冷
材を転炉内に投入することができる。しかしながら、造
銅期で使用する冷材は電線クズ等をプレス成形した銅ス
クラップやアノードスクラップ等のサイズの大きなブロ
ックであるためコンベヤと投入シュートを用いるだけで
は簡単に投入できない。そこで、転炉の吹錬を中断せず
にサイズの大きなブロック状の冷材を自動的に銅転炉に
投入する冷材投入装置が提案されている。

【０００８】例えば、本出願人が提案した特公昭63-520
95号公報には、複数個のスクラップアノードを収容した
アノードラックと、該アノードラックを載せ、所定位置
まで移動する台車と、該台車上のアノードラック上のス
クラップアノードを押し出すプッシャ装置と、押し出さ
れたスクラップアノードを一枚づつ順次、銅転炉の炉口
まで延びている搬上コンベヤ上に移載する移載装置と、
前記搬上コンベヤの銅転炉の炉口近くの端に設けた投入
シュート装置とを有する銅転炉のスクラップアノード投
入装置が開示されている。

【０００９】また、本出願人がその後に提案した特許第
2707389号公報には、上面に銅スクラップを載置した鋳
込み不良アノードを搬送する搬送装置と、この搬送装置
から銅転炉の側面扉まで配置され、前記アノードと銅ス
クラップを側面扉まで搬送して該扉を通して銅転炉内に
投入する搬送投入装置と、この搬送投入装置へ前記搬送
装置から前記アノードと銅スクラップを移載する移載装
置とを具備した銅転炉冷材投入装置が開示されている。

【００１０】一方、自溶炉の酸素富化操業開始に合わせ
て、銅転炉でも羽口からの酸素富化送風が一般に行われ
るようになったが、銅転炉の酸素富化空気による吹精は
造かん期に限られており、造銅期は空気による吹精と冷
材投入による過剰熱抑制に止まっていた。その理由は、
造銅期での酸素富化空気による吹精は、造銅反応が急激
に生じ、反応熱により溶体温度の急激な上昇を生じる
が、特に羽口周辺の温度上昇が著しく、羽口煉瓦を激し
く浸食して致命的なダメージを与えるからである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】転炉の造銅期に羽口か
ら空気のみを供給して吹精する場合、白かわ中の硫黄分
の酸化反応による造銅期の時間が長くなる。そこで、硫
黄分の酸化反応促進による造銅期の時間短縮を図り、生
産能力を高めるため、羽口に酸素富化空気を供給する操
業が期待される。しかしながら、造銅期に羽口に酸素富
化空気を供給して吹精すると、図５に点線で示すよう
に、白かわ中の硫黄分の酸化反応は促進されるが、その
発熱により時間の経過につれ炉内温度が急激に上昇し、
特に羽口周辺の温度上昇が著しいので羽口煉瓦の損傷が
激しく、その煉瓦損傷によるダメージは白かわ中の硫黄
分の酸化反応促進による造銅期の時間短縮メリットより
はるかに大きいという致命的な欠点があった。

【００１２】本発明は、前記従来の問題点を解消し、転
炉の造銅期に羽口周辺の溶体に過剰な熱を与えることな
く羽口からの酸素富化空気の供給を可能とし、これによ
って羽口煉瓦の浸食を低減して、従来よりも生産能力の
高い銅転炉の操業方法を提供することを目的とするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、転炉の造
銅期に羽口から酸素富化空気の供給することを可能にす
るため、特公昭63-52095号公報に示されたアノードスク
ラップ自動投入装置と特許第 2707389号公報に示された
銅転炉冷材自動投入装置を用いて造銅期の吹精を行いつ
つ冷材を投入し、羽口周辺に存在する溶体に過剰な熱を
与えるのを抑制する実験操業を行った。アノードスクラ
ップ自動投入装置は、従来、投入ボートに入れ、天井ク
レーンによって投入されていた造銅期の冷材のうち、電
錬工場から返ってくるアノードスクラップを転炉の送風
中に投入できるようにしたものである。

【００１４】アノードスクラップ自動投入装置は、図３
に示すように、移動台車６、移載機７、搬上コンベヤ８
および投入シュート９で構成される。電錬工場でラック
に積まれたアノードスクラップは重量が55〜60kgで移動
台車６に積み込まれ、移動台車６で移載機７まで移動す
る。移載機７はアノードスクラップをプッシャ10により
押して、１枚ずつ搬上コンベヤ８に移載する。搬上コン
ベヤ８によって転炉１の上まで搬上されたアノードスク
ラップは投入シュート９を介して炉口11から投入され
る。アノードスクラップは７秒／枚のスピードで投入す
ることができ、造銅期１サイクルに約20t 投入できる。

【００１５】また、銅転炉自動冷材投入装置は、図４に
示すように、アノードスクラップ以外の冷材をストック
ヤード16から転炉１の炉口３まで全自動で搬送、投入す
るためのものであり、ストックヤード16、無人フォーク
リフト12、リフタ13、搬送コンベヤ14、搬送台車15から
構成される。銅転炉に投入する冷材は、不良アノードを
ベースの上に銅スクラップのプレス品等を載せたもの
で、その重量は500 〜1000kgである。冷材はストックヤ
ード16に最大100 個までストックされ、そこから無人フ
ォークリフト12でリフタ13に運ばれる。リフタ13で冷材
を持ち上げ、搬送コンベヤ14で投入機11に入れる。

【００１６】その後、転炉フードの投入扉が開き、炉口
３の直上まで投入機11が移動し、ほぼ垂直に冷材を投入
する。投入機11は炉口直上から垂直に冷材を投入するた
め、確実にしかも炉体に損傷を与えずに投入することが
できる。投入スピードは90秒／個で送風を停止すること
なく造銅期１サイクルにつき20〜30t を自動で投入でき
る能力がある。

【００１７】本発明は、アノードスクラップ自動投入装
置および自動冷材投入装置を組み合わせて用い、造銅期
での酸素富化空気の供給を可能にすべく種々実験操業を
重ねた結果により達成することができた。本発明は、銅
転炉内のCu₂S、FeS を主体とするマットにSiO₂主体とす
る珪酸鉱を添加して羽口から供給される空気または酸素
富化空気で吹精する造かん期と、生成した溶融スラグを
取り除いたCu₂Sを主体とする白かわに羽口から供給され
る空気で吹精する造銅期とを経て粗銅を製造する銅転炉
の操業方法において、前記造銅期に羽口から供給する空
気に代えて所定酸素濃度の酸素富化空気を供給して吹精
し、この吹精中に所定量の冷材を投入して転炉内溶体の
温度上昇を抑制することを特徴とする銅転炉の操業方法
である。

【００１８】ここで、前記造銅期に投入する冷材の所定
量は、白かわトン当たり 300〜 400kgであるのが好まし
い。前記造銅期の酸素富化空気による吹精を行う直前
に、全投入冷材の一部を投入してもよく、この場合の投
入量は好ましくは、全投入量の30％以下である。さら
に、羽口煉瓦の浸食防止を特に優先する場合には、前記
酸素富化は造銅期の前半に実施し、その時の酸素濃度は
22〜24％であるのが好ましい。また、銅転炉内溶体の温
度上昇を抑制するために炉内の温度をモニターするのが
好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。自溶炉で産出されたCu₂S、FeS を主体とした溶融
マット（例えば、組成 Cu ：63％、Fe：12％、Ｓ：20
％）を、円筒横型ピアース・スミス（ＰＳ）式の銅転炉
（全長 13850mm、直径 3960mm 、マット処理量 220 t/
回）に装入して吹精する場合について説明する。

【００２０】図１および図２に示すように、銅転炉１
（以下、転炉という）内に装入された１バッチのマット
４中に、第１造かん期では転炉１の側面下方に配設した
60個の羽口２から酸素富化空気（Ｏ₂：25〜28％）を吹
き込む。送風中にSiO₂を主体とする珪酸鉱を炉内に装入
してマット５中の鉄と硫黄の酸化を行う。第１造かん期
で生成した酸化鉄とSiO₂を結合させ、生成したスラグが
十分に流動性を持つようになったら、炉を倒しつつ羽口
２を湯面上に位置させて停風し、スラグを炉外に取り除
く。

【００２１】スラグを取り除くと炉内の溶体量が減少す
るので、その後、追加マットを炉内に装入し、第２造か
ん期が行われる。第２造かん期にも同様に羽口２からマ
ット中に酸素富化空気（Ｏ₂：25〜28％）を吹き込むと
共に珪酸鉱を炉内に装入してマット４中の鉄と硫黄の酸
化が行われる。第２造かん期で生成した酸化鉄とSiO₂を
結合させたスラグを炉外に取り出して次の造銅期に入
る。なお、造かん期に溶体温度が必要以上に上昇するの
を抑制するため、例えば第１造かん期に固ヒ冷材を約 1
7tおよび第２造かん期に固ヒ冷材を、約 3.5t ずつ排ガ
スフードに配設した投入シュートから炉内に投入し、溶
体温度が必要以上に上昇するのを抑制する。

【００２２】造銅期には、送風を開始する前に、電線ク
ズ等をプレス成形した銅スクラップや電解工程から繰り
返されてくるアノードスクラップ等の冷材を投入ボート
に入れ、クレーンを用いて転炉の炉口から投入する。吹
精を行う直前の冷材投入量は炉の熱量的関係や銅類の形
状等によって異なるが、多過ぎれば溶体の温度が低下し
て操業が困難となるので全冷材投入量の30％以下である
ことが好ましく、例えば約10t を投入する。

【００２３】転炉１の羽口２から酸素濃度22〜24％の酸
素富化空気を供給して炉内の白かわ４の吹精を開始す
る。酸素濃度がこの範囲を外れると、後述するように吹
精中の冷材投入中に炉内溶体温度を好適な1200〜1250℃
範囲にすることができない。白かわ４は、その組成はほ
とんどがCu₂Sであり、羽口２からの酸素富化空気の供給
により白かわ４中の硫黄分が酸化される。造銅期の酸化
反応は、Cu₂S＋O₂＝2Cu＋SO₂であり、硫黄の酸化・発
熱反応により溶体の温度が上昇し、そのままでは溶体に
過剰な熱を与えてしまい炉体煉瓦、特に羽口付近に位置
する煉瓦の異常昇温により浸食が著しくなる。

【００２４】そこで、本発明では、アノードスクラップ
自動投入装置（図３）および自動冷材投入装置（図４）
を併用し、アノードスクラップ冷材およびアノードスク
ラップ以外の冷材も併せて、造銅期に投入する全冷材量
の70％以上を酸素富化空気による吹精を継続したまま投
入した。とくに、冷材を少量ずつ分割してかつ時間をか
けて投入するため、炉内温度の変動幅が小さくなる。こ
のような冷材の組み合わせ投入により溶体の温度が適正
にコントロールされ、図５に実線で示すように炉内温度
の上昇が確実に抑制され、所望の安定した温度に保持で
きる。また、購入する銅スクラップが安価な場合等、必
要に応じて、造銅期での酸素富化空気による溶体の温度
上昇を利用して冷材たる銅スクラップの投入量を積極的
に増加する操業を実施してコストダウンならびに増産を
図ることも可能である。

【００２５】溶体の温度を適正にコントロールするた
め、炉内温度を測定してモニターするのが好ましく、測
定温度に基づいて炉内温度が1200〜1250℃範囲になるよ
うに冷材を適切に投入し、温度の安定した操業を行っ
て、羽口周辺に存在する溶体の過剰熱に起因する煉瓦浸
食を防止する。ここで、炉内温度を1200〜1250℃範囲に
するのは、炉温が1200℃未満では白かわ中に含有された
硫黄分の酸化反応が進み難くなり、また1250℃を超える
と羽口煉瓦等の煉瓦溶損が著しくなるからである。図２
では、細い熱電対５を羽口２から挿入する温度測定例を
示しているが、他の輻射温度計等の非接触式温度計でも
よい。

【００２６】このとき、アノードスクラップ自動投入装
置から投入するアノードスクラップ量は造銅期の１サイ
クルで例えば約20t とし、自動冷材投入装置から投入す
る冷材量は造銅期の１サイクルで約30t とする。したが
って、造銅期の酸素富化空気の送風を開始する前に投入
ボートから投入した冷材が約10t （白かわトン当たり60
kgに相当) 、アノードスクラップ自動投入装置を用いて
投入したアノードスクラップが約20t （白かわトン当た
り 110kgに相当) および自動冷材投入装置を用いて投入
した冷材が約30t （白かわトン当たり 170kgに相当) で
あり、造銅期の１サイクルに合計約60t （白かわトン当
たり 340kgに相当) の冷材を投入することになる。

【００２７】これにより、造銅期には、酸素富化送風の
開始直前に冷材の約20％を投入し、酸素富化送風中に冷
材の約80％を投入したことになる。本発明によれば、造
銅期に酸素富化空気を送風することによる白かわ中の硫
黄分の酸化反応促進により得られる造銅期の時間短縮が
羽口付近に存在する溶体の熱過剰による炉体煉瓦の損傷
を伴うことなく達成できる。例えば、従来のように羽口
から空気のみを供給する場合には、平均的な造銅期の所
要時間は４時間近くであったのに対し、酸素富化空気を
供給する本発明ではその所要時間を 3.5時間程度に短縮
することができる。

【００２８】また、炉体煉瓦の損傷が低減するため、炉
修理終了から次の炉修理までの転炉操業回数を少なくと
も200 回、多い場合には300 回を超える転炉操業回数が
確保される。かくして、造銅期に羽口から酸素富化空気
を吹き込んで吹精すれば、白かわに残っているＳ分が迅
速に酸化されSO₂となって除去され、銅分98〜99％レベ
ルの粗銅を安定して短時間に吹精することができる。

【００２９】造銅期の冷材投入手段として、投入ボー
ト、アノードスクラップ自動投入装置および自動冷材投
入装置の３種類を準備しておけば、形状や大きさ等の異
なった多種類の銅スクラップを容易に使用可能であり、
市価の安い銅スクラップを選択して購入できるため冷材
コストを低減できる。本発明では、造銅期に炉内に投入
する所定量の冷材を白かわトン当たり 300〜400kgとし
て投入する。また、造銅期の酸素富化空気による吹精を
行う直前に、投入する冷材の一部を全投入量30％以下で
投入し、残部の大部分の冷材を羽口から酸素富化空気を
供給しながら投入するのが好適である。この理由は、投
入する冷材が白かわトン当たり 300kg未満では、酸素富
化による温度上昇の抑制には不足であり、 400kgを超え
ると単位時間当りの冷却が速すぎるからであり、また、
造銅期の酸素富化空気による吹精直前に投入する冷材が
全投入量の30％を超えると吹精開始時の溶体温度が下が
り過ぎるからである。

【００３０】なお、前記実施の態様では、造銅期の酸素
富化空気による吹精を行う直前に投入ボートを用いて所
定量の冷材を投入し、羽口から所定酸素濃度の酸素富化
空気を供給して吹精を行いつつ自動冷材投入装置を用い
て炉内に所定量の冷材を投入する場合について説明した
が、造銅期の吹精直前の投入ボートによる冷材投入を省
略し、酸素富化送風の開始直後からの吹精中に、アノー
ドスクラップ自動投入装置、自動冷材投入装置を用いて
炉内に所定量の冷材を投入することも可能である。

【００３１】また、本発明で使用する冷材投入装置は、
前記のアノードスクラップ自動投入装置および自動冷材
投入装置に限られるものではなく、造銅期の吹精中に送
風を停止することなく冷材を自動投入することができる
自動冷材投入装置を適宜に使用できるのはいうまでもな
い。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、銅転炉の操業における
造銅期に羽口から所定酸素濃度の酸素富化空気を供給し
て吹精し、この吹精中に所定量の冷材を投入して転炉内
溶体の温度上昇を抑制できる。このため、羽口付近の炉
体煉瓦の寿命短縮を伴うことなく造銅期の時間短縮が達
成され、この時間短縮と温度上昇抑制のための冷材の増
量投入処理とにより生産能力が向上する。また、造銅期
の吹精が好調に維持され、銅分98〜99％の粗銅を生産性
よく製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る銅転炉の側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向を示す断面図である。

【図３】従来のアノードスクラップ自動投入装置を示す
側面図である。

【図４】従来の自動冷材投入装置を示す側面図である。

【図５】造銅期時間と炉内温度との関係を本発明例と比
較例とを比較して示すグラフである。

【符号の説明】

１銅転炉２羽口３炉口４白かわ５熱電対式温度計６移動台車７移載機８搬上コンベヤ９投入シュート 10 プッシャ 11 投入機 12 無人フォークリフト 13 リフタ 14 搬送コンベヤ 15 搬送台車 16 ストックヤード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅転炉内のCu₂S、FeS を主体とするマッ
トにSiO₂主体とする珪酸鉱を添加して羽口から供給され
る空気または酸素富化空気で吹精する造かん期と、生成
した溶融スラグを取り除いたCu₂Sを主体とする白かわに
羽口から供給される空気で吹精する造銅期とを経て粗銅
を製造する銅転炉の操業方法において、前記造銅期に羽
口から供給する空気に代えて所定酸素濃度の酸素富化空
気を供給して吹精し、この吹精中に所定量の冷材を投入
して転炉内溶体の温度上昇を抑制することを特徴とする
銅転炉の操業方法。
【請求項２】前記造銅期に投入する冷材の所定量は、
白かわトン当たり 300〜 400kgであることを特徴とする
請求項１記載の銅転炉の操業方法。
【請求項３】前記造銅期の酸素富化空気による吹精を
行う直前に、全投入冷材の一部を投入することを特徴と
する請求項１または２記載の銅転炉の操業方法。
【請求項４】前記造銅期の酸素富化空気による吹精を
行う直前に投入される冷材の一部は、全投入量の30％以
下であることを特徴とする請求項３記載の銅転炉の操業
方法。
【請求項５】前記酸素富化空気の供給を造銅期の前半
に実施することを特徴とする請求項１、２、３または４
記載の銅転炉の操業方法。
【請求項６】前記酸素富化空気の酸素濃度が22〜24％
であることを特徴とする請求項１、２、３、４または５
記載の銅転炉の操業方法。
【請求項７】前記転炉内溶体の温度上昇を抑制するた
めに炉内の温度をモニターすることを特徴とする請求項
１、２、３、４、５または６記載の銅転炉の操業方法。