(57)【要約】【課題】  アップテイクと排熱ボイラとの接続開口の凝固物を効率よく溶解・除去することができる自溶炉の操業方法を提供する。【解決手段】  自溶炉の操業方法は、自溶炉のセットラまたはアップテイクに形成された空気取り入れ口を開口することによってアップテイクと排熱ボイラとの接続開口の酸素濃度を高くすることで、前記接続開口を通過する排ガスに含まれる未反応銅精鉱、前記排ガスに含まれるマット成分、および前記接続開口の凝固物のダスト成分の少なくともいずれかの酸化熱を利用して、前記接続開口の凝固物を溶解・除去することを特徴とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自溶炉のセットラまたはアップテイクに形成された空気取り入れ口を開口することによってアップテイクと排熱ボイラとの接続開口の酸素濃度を高くすることで、前記接続開口を通過する排ガスに含まれる未反応銅精鉱、前記排ガスに含まれるマット成分、および前記接続開口の凝固物のダスト成分の少なくともいずれかの酸化熱を利用して、前記接続開口の凝固物を溶解・除去することを特徴とする自溶炉の操業方法。
【請求項２】
前記空気取り入れ口は、前記セットラの天井において、反応シャフトよりもアップテイク寄りに形成されていることを特徴とする請求項１記載の自溶炉の操業方法。
【請求項３】
前記空気取り入れ口は、前記アップテイクのペチコート部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の自溶炉の操業方法。
【請求項４】
前記空気取り入れ口は、複数箇所に設けられており、
前記凝固物の位置に応じて、複数箇所の前記空気取り入れ口のいずれかを選択して開口することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自溶炉の操業方法。
【請求項５】
前記自溶炉内の圧力と大気圧との差圧を利用して前記空気取り入れ口にフリーエアを流入させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の自溶炉の操業方法。
【請求項６】
前記セットラおよび前記アップテイク内の圧力は、大気圧に対して−５ｍｍＨ２Ｏ〜−１０ｍｍＨ２Ｏであることを特徴とする請求項５に記載の自溶炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自溶炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自溶炉の操業において、酸素や空気を強制的に炉内に供給することで、排熱ボイラの水管へのダストの付着を低減する技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５１２０１２号公報
【特許文献２】特開平１０−０８９６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の技術は、ダストの性状を改善することで水管へのダストの付着防止を目的とするものであり、自溶炉のアップテイクと排熱ボイラとの接続開口の凝固物の溶解を目的としたものではない。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑み、アップテイクと排熱ボイラとの接続開口の凝固物を効率よく溶解・除去することができる自溶炉の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る自溶炉の操業方法は、自溶炉のセットラまたはアップテイクに形成された空気取り入れ口を開口することによってアップテイクと排熱ボイラとの接続開口の酸素濃度を高くすることで、前記接続開口を通過する排ガスに含まれる未反応銅精鉱、前記排ガスに含まれるマット成分、および前記接続開口の凝固物のダスト成分の少なくともいずれかの酸化熱を利用して、前記接続開口の凝固物を溶解・除去することを特徴とする。
【０００７】
前記空気取り入れ口は、前記セットラの天井において、反応シャフトよりもアップテイク寄りに形成されていてもよい。前記空気取り入れ口は、前記アップテイクのペチコート部に形成されていてもよい。前記空気取り入れ口は、複数箇所に設けられており、前記凝固物の位置に応じて、複数箇所の前記空気取り入れ口のいずれかを選択して開口してもよい。前記自溶炉内の圧力と大気圧との差圧を利用して前記空気取り入れ口にフリーエアを流入させてもよい。前記セットラおよび前記アップテイク内の圧力は、大気圧に対して−５ｍｍＨ２Ｏ〜−１０ｍｍＨ２Ｏとしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る自溶炉の操業方法によれば、アップテイク部と排熱ボイラとの接続開口の凝固物を効率よく溶解・除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】自溶炉の概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は自溶炉を用いた銅製錬工程図である。
【図３】自溶炉と排熱ボイラとの接続関係を例示する図である。
【図４】フリーエア流入前のアップテイク開口における酸素濃度分布を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はセットラの天井のいずれかの空気取り入れ口を開口した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）はセットラの天井のいずれかの空気取り入れ口を開口した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】アップテイクに設けられた空気取り入れ口を例示する図である。
【図８】（ａ）はフリーエア流入前のアップテイク開口における凝固物を示す図であり、（ｂ）はフリーエア流入後のアップテイク開口における凝固物を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、自溶炉１００の概略図である。図１に示すように、自溶炉１００は、反応シャフト１０、セットラ２０およびアップテイク３０が順に配置された構造を有する。反応シャフト１０の上部には、精鉱バーナ４０が設けられている。
【００１２】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、自溶炉１００を用いた銅製錬工程図である。まず、図２（ａ）で例示するように精鉱バーナ４０から銅精鉱等の銅製錬用原料、溶剤等（以下、これらの固体原料を出発原料と称する）とともに、酸素を含む反応ガスが反応シャフト１０内に投入される。それにより、下記反応式（１）などにより銅製錬用原料が酸化反応を起こし、図２（ｂ）で例示するように、反応シャフト１０の底部でマット５０およびスラグ６０に分離する。なお、下記反応式（１）で、Ｃｕ２Ｓ・ＦｅＳがマットの主成分に相当し、ＦｅＯ・ＳｉＯ２がスラグの主成分に相当する。溶剤として、珪酸鉱が用いられている。
ＣｕＦｅＳ２＋ＳｉＯ２＋Ｏ２→Ｃｕ２Ｓ・ＦｅＳ＋２ＦｅＯ・ＳｉＯ２＋ＳＯ２  ＋  反応熱  （１）
【００１３】
反応ガスとして、例えば酸素富化空気を用いることができる。酸素富化空気とは、自然の大気よりも高い酸素濃度を有する空気のことである。例えば、酸素富化空気は、６０体積％〜９０体積％の酸素濃度を有する。それにより、銅製錬用原料に十分な酸化反応を生じさせることができる。マット５０は、アップテイク３０から転炉へと導入される。スラグ６０は、アップテイク３０から錬カン炉へと導入される。
【００１４】
反応シャフト１０には反応ガスが吹き込まれるため、自溶炉１００において排ガスが発生する。排ガスは高温を有しているため、排熱を回収するための排熱ボイラが設けられている。図３は、自溶炉１００と排熱ボイラ２００との接続関係を例示する図である。図３で例示するように、排熱ボイラ２００は、アップテイク３０の上部に接続されている。排ガスが有する熱量を排熱ボイラ２００で回収することができるため、自溶炉１００で生じた熱を効率よく回収することができる。
【００１５】
自溶炉１００で発生する排ガスには、未反応銅精鉱やダストが含まれている。ダストには、マット成分の他に、ＣｕＯ，ＳｉＯ２，Ｆｅ３Ｏ４，Ａｌ２Ｏ３・ＦｅＯなどが含まれている。マット成分には、Ｃｕ２Ｓ，ＦｅＳ，ＦｅＯ，ＺｎＳ，ＰｂＳなどが含まれている。排ガスが排熱ボイラ２００に回収される際に、アップテイク３０と排熱ボイラ２００との接続開口（アップテイク開口３１）においてダストの一部が凝固する。この場合、アップテイク開口３１の開口面積が小さくなるため、自溶炉１００内の圧力と排熱ボイラ２００内の圧力との間に差が生じるようになる。自溶炉１００内の圧力と排熱ボイラ２００内の圧力との差を小さくするためには、アップテイク開口３１において凝固物を効率よく溶解・除去することが望まれる。例えば、発破や重油バーナなどで凝固物を溶解させることが考えられる。しかしながら、発破や重油バーナなどで凝固物を溶解させるためには、自溶炉の操業を停止する必要がある。
【００１６】
そこで、本実施形態においては、セットラ２０またはアップテイク３０に設けられた空気取り入れ口を開口して酸素を取り入れることで、アップテイク開口３１における酸素濃度を高くする。それにより、アップテイク開口３１を通過する排ガスに含まれる未反応銅精鉱、当該排ガスに含まれるマット成分、およびアップテイク開口３１の凝固物のダスト成分の少なくともいずれかを酸化させることができる。この場合に生じる酸化熱を利用して、アップテイク開口３１の凝固物を効率よく溶解・除去することができる。例えば、上記のダスト成分やマット成分は、単独では高い融点を有するが、アップテイク開口３１の凝固物においては化合物を形成することで比較的低い融点を有している。例えば、上記の未反応銅精鉱、マット成分、および凝固物のダスト成分の少なくともいずれかの酸化熱を利用してアップテイク開口３１における温度を１３００℃程度まで上昇させることで、凝固物を溶解させることができる。
【００１７】
例えば、セットラ２０の天井に設けた開閉式の空気取り入れ口２１を利用する。セットラ２０の天井に新たに空気取り入れ口２１を設けてもよいが、従来から設けられている空気取り入れ口（例えば、重油バーナ孔）を利用することができる。セットラ２０の内部は、大気圧と比較すると負圧となっている。例えば、セットラ２０の内部の圧力は、大気圧に対して−５ｍｍＨ２Ｏ〜−１０ｍｍＨ２Ｏ程度である。したがって、空気取り入れ口２１を開口すると、フリーエア（大気）がセットラ２０の内部に流入する。このフリーエアは、セットラ２０の内部を対流し、アップテイク３０からアップテイク開口３１を介して排熱ボイラ２００内に流入する。または、送風機などを利用して、空気取り入れ口２１から圧縮空気などを流入させてもよい。
【００１８】
いずれの空気取り入れ口２１を開口させてもアップテイク開口３１の酸素濃度を必ずしも高くできるわけではない。アップテイク開口３１の酸素濃度を高くすることができる空気取り入れ口２１の位置は、自溶炉１００の操業条件等に応じて変動し得る。そこで、シミュレーション等により、アップテイク開口３１の酸素濃度を高くすることができる空気取り入れ口２１の位置を予め取得しておいてもよい。
【００１９】
例えば、空気取り入れ口２１は、セットラ２０の天井において、反応シャフト１０よりもアップテイク３０寄りに形成されていることが好ましい。または、空気取り入れ口２１は、セットラ２０とアップテイク３０との連結部（ペチコート部）に形成されていることが好ましい。空気取り入れ口２１がアップテイク開口３１に近い位置に形成されることで、流入ガスの高酸素濃度が分散することが抑制され、アップテイク開口３１の温度を効率よく局所的に高くすることができるからである。
【００２０】
また、空気取り入れ口２１から流入させる気体としてフリーエアを用いることで、自溶炉１００内における乱流を抑制することができる。したがって、空気取り入れ口２１から流入させる気体として、フリーエアを用いることが好ましい。また、フリーエアを用いることで、送風機や送風配管などの設置コストやランニングコストを抑制することができる。また、圧縮空気を用いる場合には、必要以上の空気がアップテイク開口３１に流入し、アップテイク開口３１の温度を低下させるおそれもある。したがって、フリーエアを用いることで、アップテイク開口３１の温度を低下させずにアップテイク開口３１の酸素濃度を高くすることができるという効果も得られる。
【００２１】
ここで、自溶炉１００の所定の操業条件において、空気取り入れ口２１の開閉によるフリーエアの流入についてシミュレーションを行った結果について説明する。まず、図４に示すように、空気取り入れ口２１を閉じた場合には、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は、０．０８％と低い値となった。この場合には、アップテイク開口３１において上記の未反応銅精鉱、マット成分、および凝固物のダスト成分を十分に酸化させることは困難であると考えられる。なお、図４において、模様が濃いほど酸素濃度が低く、模様が薄いほど酸素濃度が高いことを表している。以下の図５（ｂ）、図５（ｄ）、図６（ｂ）、図６（ｄ）においても同様である。
【００２２】
図５（ａ）および図５（ｃ）は、セットラ２０の天井のいずれかの空気取り入れ口２１を開口した場合のフリーエアの軌跡のシミュレーション結果を示す図である。また、図５（ａ）および図５（ｃ）において、アップテイク開口３１におけるフリーエアの集中流箇所を示す。図５（ａ）および図５（ｃ）で開口させた空気取り入れ口２１は、セットラ２０の天井において反応シャフト１０よりもアップテイク３０寄りに位置している。図５（ａ）および図５（ｃ）のいずれの空気取り入れ口２１を開口させた場合でも、セットラ２０内へのフリーエアの流入が確認された。図５（ｂ）に示すように、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は、図５（ａ）の場合では０．１２％となった。図５（ｄ）に示すように、図５（ｃ）の場合では０．１４％となった。このように、空気取り入れ口２１を開口させることで、アップテイク開口３１において上記の未反応銅精鉱、マット成分、および凝固物のダスト成分を酸化させることができることがわかる。
【００２３】
次に、フリーエアの対流経路および対流速度について検討した。図５（ａ）の場合では、フリーエアがアップテイク３０において旋回して減速した。図５（ｃ）の場合では、フリーエアが減速せずに排熱ボイラ２００に流入した。このように、空気取り入れ口２１の位置に応じて、フリーエアの対流経路や対流速度が変化した。フリーエアの対流経路や対流速度が変化することで、アップテイク開口３１の断面におけるフリーエアの流入量に分布が生じる。すなわち、アップテイク開口３１の断面においてマット成分の流入量に分布が生じる。この場合、アップテイク開口３１においてフリーエアから供給される熱に分布が生じることになる。この熱の分布を予め取得しておくことで、アップテイク開口３１の凝固物を溶解させたい場所を制御することができる。したがって、アップテイク開口３１において溶解させたい凝固物の位置に応じて、空気取り入れ口２１の位置を選択することで、アップテイク開口３１の凝固物を効率よく溶解・除去することができる。
【００２４】
図６（ａ）および図６（ｃ）は、セットラ２０の天井のいずれかの空気取り入れ口２１を開口した場合のフリーエアの軌跡のシミュレーション結果を示す図である。また、図６（ａ）および図６（ｃ）において、アップテイク開口３１におけるフリーエアの集中流箇所を示す。図６（ａ）および図６（ｃ）で開口させた空気取り入れ口２１は、セットラ２０の天井においてアップテイク３０よりも反応シャフト１０寄りに位置している。図６（ａ）および図６（ｃ）のいずれの空気取り入れ口２１を開口させた場合でも、セットラ２０内へのフリーエアの流入が確認された。しかしながら、図６（ｂ）に示すように、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は、図６（ａ）の場合では０．０３％となった。図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）の場合では０．０２％となった。このように、空気取り入れ口２１を開口させたとしても、必ずしもアップテイク開口３１における酸素濃度が高くなるわけではないことがわかる。
【実施例】
【００２５】
図７で例示するように、アップテイク３０のペチコート部Ａに幅が約２０００ｍｍ、高さが約１００ｍｍの開口を設けた。自溶炉１００の操業中に当該開口からフリーエアをアップテイク３０に流入させた。図８（ａ）は、フリーエア流入前のアップテイク開口３１における凝固物を示す図である。図８（ａ）で示すように、アップテイク開口３１においては、内面に凝固物が形成されている。図８（ｂ）は、フリーエア流入後のアップテイク開口３１における凝固物を示す図である。図８（ｂ）で例示するように、凝固物量が少なくなっていることがわかる。これは、フリーエアの流入によってアップテイク開口３１における酸素濃度が高くなり、上記の未反応銅精鉱、マット成分、および凝固物のダスト成分の酸化により局所的に高温となったからであると考えられる。
【００２６】
表１は、アップテイク３０内の圧力と、排熱ボイラ２００の入口の圧力と、それらの差を示す図である。表１に示すように、フリーエアの流入により、差圧が小さくなった。これは、アップテイク開口３１の凝固物が溶解・除去されて、アップテイク開口３１の開口面積が大きくなったからであると考えられる。
【表１】
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【００２７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  反応シャフト
２０  セットラ
２１  空気取り入れ口
３０  アップテイク
３１  アップテイク開口
４０  精鉱バーナ
５０  マット
６０  スラグ
１００  自溶炉
２００  排熱ボイラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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