(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１基の転炉と、
前記転炉に接続された少なくとも１基の送風管と、
エアーを前記送風管を通して前記転炉へ送り込む少なくとも１基のエアー供給部と、
前記エアー供給部から前記送風管に送り込むエアーの流量を所望の量に調整するエアー供給量調整弁と、
前記送風管内のエアーを排出して前記送風管内の圧力を下げることで、前記エアー供給部のエアー吐出圧−送風量図において、前記エアー供給部の運転点をサージラインの下側領域に保持するエアー排出弁と、
前記送風管の転炉直前に設けられ、前記送風管内のエアーの転炉への送風圧力を調整する送風圧力調整弁と、
を備えた転炉操業装置。
【請求項２】
エアー供給部から転炉に接続された送風管に送り込むエアーの流量を所望の量に調整すると共に、前記送風管内のエアーを排出して前記送風管内の圧力を下げることで、前記エアー供給部のエアー吐出圧−送風量図において、前記エアー供給部の運転点をサージラインの下側領域に保持し、前記送風管の転炉直前において、前記送風管内のエアーの転炉への送風圧力を調整することで、前記転炉直前から前記エアー供給部までの前記送風管内のエアーの圧力を、エアー供給部からのエアーの供給が突発的に停止した際に転炉からの溶湯の逆流を阻止できる最低圧力以上に保つ転炉操業方法。
【請求項３】
前記エアー供給部からのエアーの供給が突発的に停止した際に転炉からの溶湯の逆流を阻止できる最低圧力が６０ｋＰａである請求項２に記載の転炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉操業装置及びそれを用いた転炉操業方法に関し、特に、非鉄金属製錬における銅転炉の操業装置及びそれを用いた銅転炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅製錬は複数の工程により行われる。具体的には、まず原料となる鉱石を選鉱する工程、その後、製錬炉で溶解して銅成分が５０〜７０％程度含まれるマットを分離回収する工程、続いて、該マットを転炉に入れて不純物を除去する工程、不純物を除去した銅を精製炉で還元する工程、さらに、還元した銅に電解精製を行ってその純度を上げる工程を含んでいる。
ここで、上記工程のうち、マットを転炉に入れて不純物を除去する工程で用いられる銅転炉の操業装置は、マットを投入する転炉、及び、該転炉に送風管を介して空気等を送り込む転炉ブロワ等のエアー供給部等を備えている。
【０００３】
上述のエアー供給部の従来の運転方法について、図を用いて説明する。図４は、従来のエアー供給部の運転ラインを示すエアー吐出圧−送風量図である。エアー供給部は、ある状態におけるエアーの吐出圧及び送風量でプロットされる運転点を有し、該運転点を繋げたものが運転ラインとなる。例えば、図４において、エアー供給部が、そのエアーの吸込弁を常に全開にして１００％の能力を発揮した状態で運転しており、エアー供給部の運転開始地点が運転点（１）であるとする。ここで、転炉内の溶湯の粘性が上昇し、又は、転炉の羽口に鋳付が発生すること等により送風管内のエアーの圧力が上昇すると、エアー供給部の運転点（１）が運転ライン上を高圧側へ移動して運転点（２）へ移る。ここで、エアー供給部は、その性能等によりエアー吐出圧−送風量図において個別のサージラインを有しており、サージラインの上側領域にエアー供給部の運転点が進むと、エアー供給部がサージングを起こしてしまい、運転上支障をきたす。そのため、エアー供給部は、上述のように運転点（２）へ移動した後、さらに高圧側へ移動を続ける場合、その運転点がサージラインを超えないようにするために、送風管内のエアーの圧力を下げて運転点（３）へ移動するように制御されている。
【０００４】
上述のような銅転炉の操業装置として、例えば、転炉を２基と、転炉ブロワ（エアー供給部）を２基と、それらを接続する送風管を１基とを備えた銅転炉の操業装置Ａがある。この装置Ａでは、送風管を１基しか設けていないため、転炉ブロワは常に１００％の能力を発揮した状態で操業されており、図４に示すように、転炉ブロワの運転ラインは線状に表される。また、装置Ａでは、上述の送風管内のエアーの圧力を下げる手段として、転炉ブロワから送られたエアーを送風管の所定の位置で排気する放風弁が設けられている。
【０００５】
また、別の操業装置として、転炉を１基と、転炉ブロワ（エアー供給部）を１基と、それらを接続する送風管を１基とを備えた銅転炉の操業装置Ｂがある。この装置Ｂでは、外部から転炉ブロワへ入るエアー量を調整するための転炉ブロワ吸込弁を制御することで、必要に応じて転炉に必要な圧力を調整している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記装置Ａでは、通常状態で転炉に必要な送風圧力以上となった場合に、放風弁によりエアーを抜き、送風管内の送風圧力を下げているため、エネルギーの損失が過大となる。また、この装置では、送風管を１基しか設けていないため、転炉ブロワは常に１００％の能力を発揮した状態で操業されており、図４に示すように、転炉ブロワの運転ラインは線状に表される。このため、転炉ブロワの運転におけるブロワ送風量とブロワ吐出圧の運転条件の自由度が低い。
【０００７】
また、上記装置Ｂでは、転炉ブロワの運転点がサージラインを超えてサージラインの上側領域に入ると、操業続行不可能となり、転炉を倒炉させて操業を中断する。このため、転炉操業装置の時間稼働率が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は、省エネ効果に優れ、エアー供給部の広い運転自由度及び良好な転炉操業装置の時間稼働率を有する転炉操業装置及びそれを用いた転炉操業方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の結果、エアー供給部から転炉に接続された送風管に送り込むエアーの流量を所望の量に調整すると共に、送風管内のエアーを排出して送風管内の圧力を下げることで、エネルギーの損失を抑制しつつ、エアー供給部の運転点を広い運転自由度でサージラインの下側領域に保持することができることを見出した。
【００１０】
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、少なくとも１基の転炉と、前記転炉に接続された少なくとも１基の送風管と、エアーを前記送風管を通して前記転炉へ送り込む少なくとも１基のエアー供給部と、前記エアー供給部から前記送風管に送り込むエアーの流量を所望の量に調整するエアー供給量調整弁と、前記送風管内のエアーを排出して前記送風管内の圧力を下げることで、前記エアー供給部のエアー吐出圧−送風量図において、前記エアー供給部の運転点をサージラインの下側領域に保持するエアー排出弁と、前記送風管の転炉直前に設けられ、前記送風管内のエアーの転炉への送風圧力を調整する送風圧力調整弁とを備えた転炉操業装置である。
【００１２】
本発明は別の一側面において、エアー供給部から転炉に接続された送風管に送り込むエアーの流量を所望の量に調整すると共に、前記送風管内のエアーを排出して前記送風管内の圧力を下げることで、前記エアー供給部のエアー吐出圧−送風量図において、前記エアー供給部の運転点をサージラインの下側領域に保持し、前記送風管の転炉直前において、前記送風管内のエアーの転炉への送風圧力を調整することで、前記転炉直前から前記エアー供給部までの前記送風管内のエアーの圧力を、エアー供給部からのエアーの供給が突発的に停止した際に転炉からの溶湯の逆流を阻止できる最低圧力以上に保つ転炉操業方法である。
【００１３】
本発明の転炉操業方法は一実施形態において、前記エアー供給部からのエアーの供給が突発的に停止した際に転炉からの溶湯の逆流を阻止できる最低圧力が６０ｋＰａである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、省エネ効果に優れ、エアー供給部の広い運転自由度及び良好な転炉操業装置の時間稼働率を有する転炉操業装置及びそれを用いた転炉操業方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る転炉操業装置の模式図である。
【図２】実施形態に係る転炉ブロワの運転範囲を示すエアー吐出圧−送風量図である。
【図３】実施例１及び２に係る転炉ブロワの運転点の移動を示す転炉ブロワのエアー吐出圧−送風量図である。
【図４】従来の転炉ブロワの運転ラインを示すエアー吐出圧−送風量図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態は例として示すものであり、これに限定されることを意図するものではない。
【００１７】
（転炉操業装置の構成）
図１に、本発明の実施形態に係る転炉操業装置１０の模式図を示す。
転炉操業装置１０は、銅製錬における不純物除去工程で用いられる装置であり、４基の転炉１１〜１１'''と、転炉１１〜１１'''に接続された２基の送風管１２ａ、１２ｂと、エアーを送風管１２ａ、１２ｂを通して転炉１１〜１１'''へ送り込む２基の転炉ブロワ（エアー供給部）１３ａ、１３ｂとを備えている。
【００１８】
転炉１１〜１１'''は、銅製錬の各工程によって生成された、銅成分が５０〜７５％程度含まれるマットから不純物を除去するための製錬炉である。転炉１１〜１１'''には、マットの他、ケイ酸及び酸素が投入される。転炉１１〜１１'''によってマットから不純物を除去し、銅成分が９８．５％程度の粗銅（ブリスター）を生成する。本実施形態では、転炉１１〜１１'''は４基設けられているが、その数は特に限定されない。
【００１９】
送風管１２ａは、一端が後述の転炉ブロワ１３ａに接続されており、転炉１１〜１１'''側へ向かう途中で枝分かれして、他端が転炉１１〜１１'''の全てに接続されている。また、送風管１２ｂは、一端が後述の転炉ブロワ１３ｂに接続されており、転炉１１〜１１'''側へ向かう途中で枝分かれして、他端が、後述する送風圧力調整弁１７の転炉ブロワ１３ａ側の直前において送風管１２ａに合流するように接続されている。すなわち、転炉操業装置１０では、１基の転炉に対して２基の転炉ブロワからエアーが供給されている。転炉ブロワ１３ａ、１３ｂから供給されるエアーは、この送風管１２ａ、１２ｂを通って転炉１１〜１１'''へ送り込まれる。
【００２０】
転炉ブロワ１３ａ、１３ｂは、外部のエアーを所定の圧力で送風管１２ａ、１２ｂ内へ送り込む。転炉ブロワ１３ａ、１３ｂには、転炉ブロワ吸込弁（エアー供給量調整弁）１４が設けられており、これにより外部から転炉ブロワ１３ａ、１３ｂへ入るエアー量を調整することで、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂから送風管１２ａ、１２ｂに送り込むエアーの流量を所望の量に調整している。
【００２１】
送風管１２ａ、１２ｂにおいて、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂから後述の送風圧力調整弁１７及び電動弁１８、１８'、１８''へ向かう途中に、放風弁（エアー排出弁）１５及びサイレンサー１６が設けられている。放風弁１５は、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂによるエアーの供給により送風管１２ａ、１２ｂ内の圧力が上昇し過ぎた場合に、その弁を開放して送風管１２ａ、１２ｂ内のエアーを排気し、該圧力を下げる。サイレンサー１６は、放風弁１５の排気口に設けられており、放風弁１５によるエアーの排気音を消す。
【００２２】
さらに、転炉操業装置１０は、送風管１２ａ、１２ｂの転炉１１〜１１'''直前に設けられ、送風管１２ａ、１２ｂ内のエアーの転炉１１〜１１'''への流量を調整する送風圧力調整弁１７を備えている。
ここで、「送風管１２ａ、１２ｂの転炉１１〜１１'''直前」とは、送風管１２ａ、１２ｂにおける転炉直近のような位置であって、具体的には、転炉１１〜１１'''の羽口から送風管１２ａ、１２ｂ内へ約２〜５０ｍ離れた位置をいう。
【００２３】
送風圧力調整弁１７は、送風管内のエアーの流量を調整できるものであればどのようなものでもよく、例えば、バタフライ弁を用いることができる。バタフライ弁は、円筒形の弁箱の中で円盤状の弁体が回転する構造のバルブであり、流れの方向に対する弁体の角度を変えて流量又は圧力を調整している。その他の送風圧力調整弁１７としては、インレットガイド弁、又は、多翼ダンパー弁等も用いることができる。
【００２４】
送風管１２ａにおいて、送風圧力調整弁１７の転炉ブロワ１３ａ側直前には、電動弁１８''が設けられている。また、送風管１２ｂにおいて、上述のように送風管１２ａと合流する位置の直前には、電動弁１８'が設けられている。さらに、送風管１２ａにおいて、転炉１１〜１１'''と送風圧力調整弁１７との間には、電動弁１８が設けられている。これらの電動弁１８〜１８''は、どちらの転炉ブロワを使用するか選択するために用いられている。具体的には、電動弁１８は、送風をシャットダウンするためのゲート弁であり、電動弁１８'及び１８''は、どちらのブロワを使用するかを自動で選択する弁である。各炉の電動弁１８'及び１８''の合計開度を比較し、少ない方が電動弁１８を開けた時に自動的に開くように制御されている。また、合計開度が同じ場合は、優先選択ブロワの弁が開くように制御されている。
【００２５】
（転炉操業方法）
次に、本発明の実施形態に係る転炉操業方法について説明する。
図２は、実施形態に係る転炉ブロワ１３ａ、１３ｂの運転範囲を示すエアー吐出圧−送風量図である。転炉操業装置１０は、転炉１１〜１１'''を稼働させながら、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂから所定の圧力でエアーを送風管１２ａ、１２ｂへ送り込んでいる。転炉ブロワ１３ａ、１３ｂからのエアーは、送風管１２ａ、１２ｂをそれぞれ通り、途中で合流して転炉１１〜１１'''へ供給される。このとき、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂは１００％の能力を発揮した状態でなく、必要に応じて転炉ブロワ吸込弁１４を絞ることで、送風管１２ａ、１２ｂへ送り込むエアーの圧力を調整している。これにより、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂを稼働させる電動機の仕事量が減少するため、省エネ効果に優れている。また、図２に示すように、転炉ブロワ吸込弁１４によって転炉ブロワ１３ａ、１３ｂからのエアーの流量を種々の値に調整することで、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂの運転点が移動する範囲（運転範囲Ａ及びＢ）を従来のように線状ではなく面状に拡げることができる。このため、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂの運転自由度が広がる。
【００２６】
転炉１１〜１１'''の操業により、転炉１１〜１１'''内の溶湯の粘性が上昇し、又は、転炉１１〜１１'''の羽口に鋳付が発生すること等により送風管１２ａ、１２ｂ内のエアーの圧力が上昇すると、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂの運転点が高圧側へ移動する。該圧力がさらに上昇し、運転点がサージラインに近づく、又は、サージライン上やサージラインの上側領域（運転範囲Ｂ）へ進むと、放風弁１５が開いてエアーを排気することで、送風管１２ａ、１２ｂ内の圧力を下げると共に、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂからの送風量を増やす。これにより、運転点をサージラインの下側領域（運転範囲Ａ）へ移動させ、運転点を当該領域で保持する。
従って、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂが転炉操業装置１０における他の部分の運転状態に左右されることなく、独自にサージングを抑制した送風が可能となる。また、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂの運転点がサージラインを超えて上側領域へ入った場合でも、上述のように放風弁１５により圧力を調整することで運転点をサージラインの下側領域へ移動させることができるため、転炉１１〜１１'''を倒炉して操業を中断する必要がなく、装置の時間稼働率が良好となる。
【００２７】
また、災害の発生等による停電時に転炉ブロワ１３ａ、１３ｂが突発的に停止すると、安全のために転炉１１〜１１'''を非常傾転させる。このとき、転炉１１〜１１'''の羽口から送風管１２ａ内へ溶湯が逆流しようとするが、送風管１２ａ、１２ｂの転炉１１〜１１'''直前において送風圧力調整弁１７を開いて、送風管１２ａ、１２ｂ内の残圧を利用して送風管１２ａ、１２ｂ内の残存エアーを転炉へ送り込むことで、転炉１１〜１１'''からの溶湯の逆流を阻止することができる。ただし、このときの送風管１２ａ、１２ｂ内の残圧は、６０ｋＰａ（一般的に溶湯の逆流を阻止できる最低圧力）以上である必要があるため、このような転炉１１〜１１'''の非常傾転時に備えて送風管１２ａ、１２ｂ内に６０ｋＰａ以上、好ましくは８０ｋＰａ以上の残圧を常に確保する。
従って、通常操業時において、転炉１１〜１１'''へ送り込むエアーの圧力が常に６０ｋＰａ以上（好ましくは８０ｋＰａ以上）となるように、すなわち、図２において、転炉ブロワ１３ａ、１３ｂの運転点が６０ｋＰａ未満の領域（運転領域Ａ'）に位置しないように、送風圧力調整弁１７を絞って送風管１２ａ、１２ｂ内のエアーの圧力を上昇させている。
【００２８】
なお、上記「溶湯の逆流を阻止できる最低圧力」は、送風管１２ａ、１２ｂの容量及び転炉１１〜１１'''の非常傾転に要する時間から経験的に決められる。
例えば、送風管１２ａ、１２ｂの容量が３００ｍ3であり、転炉１１〜１１'''の非常傾転に要する時間が３０秒である場合、経験によって、溶湯の逆流を阻止できる最低圧力は６０ｋＰａとなる。
【実施例】
【００２９】
次に、図３を用いて、本発明の実施例をそれぞれ説明する。なお、以下の実施例は例として示すものであり、これに限定されることを意図するものではない。図３は、実施例１及び２に係る転炉ブロワの運転点の移動を示す転炉ブロワのエアー吐出圧−送風量図である。
【００３０】
（実施例１）
転炉ブロワ吸込弁の開度が１００％である運転ラインＡ上の運転点ａ（吐出圧：０．９５ｋｇ／ｃｍ2、送風量：７７０Ｎｍ３／ｍｉｎ）で運転している転炉ブロワにおいて、転炉ブロワ吸込弁の開度を５０％に絞ることにより、外部から転炉ブロワへ入るエアー量を調整することで、転炉ブロワから送風管に送り込むエアーの流量を減少させた。これにより、転炉ブロワの運転点が、運転ラインＡ上の運転点ａから転炉ブロワ吸込弁の開度が５０％である運転ラインＢ上の運転点ｂ（吐出圧：０．９５ｋｇ／ｃｍ2、送風量：５４０Ｎｍ３／ｍｉｎ）へ移動した。
【００３１】
次に、転炉内の溶湯の粘性が上昇し又は転炉の羽口に鋳付が発生したこと等を想定して、送風管内のエアーの圧力を上昇させた。この圧力の上昇により、転炉ブロワの運転点が運転ラインＢに沿って高圧側へ移動した。このまま送風管内のエアーの圧力を上昇させると、運転ラインＢに沿って高圧側へ移動していた運転点がサージラインを超えて、サージラインの上側領域である運転点ｃ（吐出圧：１．０７ｋｇ／ｃｍ2、送風量：４１０Ｎｍ３／ｍｉｎ）へ移動した。
【００３２】
次に、放風弁を開いて送風管内のエアーを排気することで、送風管内の圧力を下げると共に、転炉ブロワからの送風量を増やした。これにより、運転点ｃを運転ラインＢに沿ってサージラインの下側領域の運転点ｄ（吐出圧：１．０２ｋｇ／ｃｍ2、送風量：４８０Ｎｍ３／ｍｉｎ）へ移動し、運転点を当該領域で保持することができた。
【００３３】
（実施例２）
図３に示すように、まず、転炉ブロワ吸込弁の開度が３０％である運転ラインＣ上の運転点ｅ（吐出圧：０．４９ｋｇ／ｃｍ2、送風量：５４０Ｎｍ３／ｍｉｎ）で転炉ブロワを運転した。続いて、送風圧力調整弁を絞って送風管内のエアーの圧力を上昇させると、運転ラインＣに沿って運転点が高圧側へ移動した。このまま送風管内のエアーの圧力を上昇させて、運転点を、圧力が６０ｋＰａ（０．６ｋｇ／ｃｍ2）以上である運転ラインＣ上の運転点ｆ（吐出圧：０．７５ｋｇ／ｃｍ2、送風量：５４０Ｎｍ３／ｍｉｎ）へ移動させた。
【符号の説明】
【００３４】
１０  転炉操業装置
１１、１１'、１１''、１１'''  転炉
１２ａ、１２ｂ  送風管
１３ａ、１３ｂ  転炉ブロワ（エアー供給部）
１４  転炉ブロワ吸込弁（エアー供給量調整弁）
１５  放風弁（エアー排出弁）
１７  送風圧力調整弁
【図１】
0005410904.tif 000002
【図２】
0005410904.tif 000003
【図３】
0005410904.tif 000004
【図４】
0005410904.tif 000005