(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、自溶炉の操業中に、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から、前記自溶炉の排ガス全体の１．０％〜５．０％の体積の空気を導入することで、導入前と比較して、前記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により、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】
自溶炉の操業中に、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から、前記自溶炉の排ガス全体の１．０％〜５．０％の体積の空気を導入することで、導入前と比較して、前記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により、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から、前記自溶炉の排ガス全体の２．０％〜５．０％の体積の空気を導入し、
前記空気取り入れ口から取り入れる空気の流速を、１４．６ｍ／ｓ以下とす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または２に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、前記アップテイクに形成されており、
前記空気取り入れ口から取り入れる空気の流速を、２．０ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする請求項２記載の自溶炉の操業方法。
【請求項５】
前記空気取り入れ口から前記空気を導入することで、前記接続開口における平均酸素濃度を０．３％〜０．７％とす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。
【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２００９−６３２５８３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排熱ボイラにおける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、自溶炉の操業中に、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から、前記自溶炉の排ガス全体の１．０％〜５．０％の体積の空気を導入することで、導入前と比較して、前記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により、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から、前記自溶炉の排ガス全体の２．０％〜５．０％の体積の空気を導入し、前記空気取り入れ口から取り入れる空気の流速を、１４．６ｍ／ｓ以下としてもよい。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に形成されており、前記空気取り入れ口から取り入れる空気の流速を２．０ｍ／ｓ以下としてもよい。前記空気取り入れ口から前記空気を導入することで、前記接続開口における平均酸素濃度を０．３％〜０．７％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】（ａ）および（ｂ）は第１シミュレーションの結果を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は第２シミュレーションの結果を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は第３シミュレーションの結果を示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は第４シミュレーションの結果を示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は第５シミュレーションの結果を示す図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は第６シミュレーションの結果を示す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は第７シミュレーションの結果を示す図である。
【図１１】実施例の結果を示す図である。
【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の操業を例示する図である。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、排ガスから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、自溶炉の操業中に、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からノズル等によって空気を導入することで、導入前と比較して、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１２００℃〜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】
空気の取り入れ量が少なすぎると、アップテイク開口３１における酸素濃度を十分に高くすることが困難である。したがって、空気取り入れ量に下限を設ける。一方、必要以上に空気を取り入れると、アップテイク開口３１の温度が低下して必要な温度が得られないおそれがある。また、排熱ボイラ２００に流入する排ガス中の酸素濃度が高くなり、排熱ボイラ２００の水冷チューブの腐食が促進するおそれがあり、排ガス中の主成分であるＳＯ２が排熱ボイラ２００内でＳＯ３に転化しやすくなり、後段工程である硫酸工場での廃酸（濃度が低い製品規格外の硫酸）発生量増のおそれがある。したがって、空気取り入れ量に上限を設ける。本実施形態においては、自溶炉１００の操業中において、アップテイク開口３１から排出される排ガス全体の１．０％〜５．０％の体積の空気を取り入れる。この場合、アップテイク開口３１の温度低下を抑制しつつ、酸素濃度を十分に高くすることができる。なお、アップテイク開口３１における酸素濃度をより十分に高くする観点から、アップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％以上の体積の空気を取り入れることが好ましい。一方、アップテイク開口３１の温度低下を十分に抑制する観点から、アップテイク開口３１から排出される排ガス全体の３．８％以下の体積の空気を取り入れることが好ましい。なお、空気取り入れ口２１から空気を取り入れることで、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は、０．３％〜０．７％となることが好ましい。
【００１８】
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。空気取り入れ口２１から取り入れた空気は、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。
【００１９】
空気取り入れ口２１から取り入れる空気は、自溶炉１００の内部と外部との差圧によって自然に流入するフリーエアなどを用いることができる。取り入れ空気量が不足する場合には、送風機などによって空気量を補ってもよい。
【００２０】
空気取り入れ口２１は、例えば、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、アップテイク３０のペチコート部（セットラ２０とアップテイク３０との連結部）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。
【００２１】
以下、自溶炉１００の操業中に空気取り入れ口２１から空気を取り入れた場合の、アップテイク開口３１における酸素濃度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。空気取り入れ量の、アップテイク開口３１から排出される排ガス全体に対する体積％をパラメータとする。なお、空気取り入れ口２１から取り入れる空気の流速を変化させると当該空気の対流の軌跡が変化し、アップテイク開口３１において酸素濃度の分布に変化が生じる。そこで、以下のシミュレーションでは、空気取り入れ口２１から取り入れる空気の流速もパラメータとした。
【００２２】
まず、空気取り入れ口２１を閉じた場合には、空気取り入れ口２１から空気は流入しなかった。この場合、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は、０．０７６％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。
【００２３】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、第１シミュレーションの結果を示す図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、第２シミュレーションの結果を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、第３シミュレーションの結果を示す図である。図７（ａ）および図７（ｂ）は、第４シミュレーションの結果を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、第５シミュレーションの結果を示す図である。図９（ａ）および図９（ｂ）は、第６シミュレーションの結果を示す図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、第７シミュレーションの結果を示す図である。
【００２４】
図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）および図８（ａ）は、セットラ２０の天井の空気取り入れ口２１から取り入れた空気の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。図９（ａ）および図１０（ａ）は、アップテイク３０のペチコート部に設けられた空気取り入れ口２１から取り入れた空気の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。また、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）および図１０（ａ）は、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併せて示す。「Ｌ側」は排ガスがアップテイク開口３１に流入する方向にアップテイク開口３１を見た場合の左側であり、「Ｒ側」は右側であり、ハッチを付した円が集中流箇所を表す。図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、アップテイク開口３１における酸素濃度分布のシミュレーション結果を示す図である。模様が濃いほど酸素濃度が高く、模様が薄いほど酸素濃度が低いことを表している。
【００２５】
第１シミュレーションでは、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％とし、取り入れた空気の流速を５５．１ｍ／ｓとした。第２シミュレーションでは、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％とし、取り入れた空気の流速を１４．６ｍ／ｓとした。第３シミュレーションでは、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％とし、取り入れた空気の流速を６．６ｍ／ｓとした。第４シミュレーションでは、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の１．０％とし、取り入れた空気の流速を１４．６ｍ／ｓとした。第５シミュレーションでは、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の５．０％とし、取り入れた空気の流速を１４．６ｍ／ｓとした。第６シミュレーションでは、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％とし、取り入れた空気の流速を６．６ｍ／ｓとした。第７シミュレーションでは、空気取り入れ口２１からの取入量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％とし、取り入れた空気の流速を２．０ｍ／ｓとした。
【００２６】
第１シミュレーションでは、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は０．５０％と高くなった。第２シミュレーションでは、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は０．５２％と高くなった。第３シミュレーションでは、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は０．５３％と高くなった。第４シミュレーションでは、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は０．４０％と高くなった。第５シミュレーションでは、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は１．１１％と高くなった。第６シミュレーションでは、アップテイク開口３１における平均濃度は０．５５％と高くなった。第７シミュレーションでは、アップテイク開口３１における平均酸素濃度は０．５１％と高くなった。これらの結果から、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の１．０％〜５．０％とすることで、酸素濃度を十分に高くすることができることがわかった。
【００２７】
ただし、図４（ｂ）の結果と比較して、図５（ｂ）、図６（ｂ）および図８（ｂ）の結果では、酸素濃度が高い領域がアップテイク開口３１の中央部に位置するようになり、酸素濃度分布がより均一化された。したがって、空気取り入れ口２１から取り入れる空気の流速に、最適範囲があることがわかった。図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）および図８（ｂ）の結果から、空気取り入れ口２１からの取り入れ量をアップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％〜５．０％とした場合に、空気取り入れ口２１から取り入れる空気の流速は、１４．６ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。
【００２８】
なお、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）および図８（ｂ）の結果と比較して、図９（ｂ）では酸素濃度に偏りが生じている。これは、セットラ２０よりもアップテイク開口３１に近いペチコート部の取り入れ口から空気を取り入れたからであると考えられる。これに対して、図１０（ｂ）では、酸素濃度の偏りが抑制されている。これは、アップテイク３０の空気取り入れ口２１から空気を取り入れる場合に取り入れる空気の流速を低くしたからであると考えられる。以上の結果から、アップテイク３０の空気取り入れ口２１から空気を取り入れる場合には、取り入れる空気の流速を２．０ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。
【実施例】
【００２９】
自溶炉１００の操業中に空気取り入れ口２１から空気を流入させた。実施例１では、ペチコート部からフリーエアを内部に流入させた。実施例２〜４では、セットラ２０の天井から酸素富化空気を内部に流入させた。流入の前後において、アップテイク３０内の圧力と、排熱ボイラ２００の入口の圧力との差圧を測定した。図１１に示すように、空気の流入により、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結果である。これは、自溶炉１００の操業中において、アップテイク開口３１から排出される排ガス全体の１．０％〜５．０％の体積の空気を取り入れたことで、アップテイク開口３１の温度低下を抑制しつつ酸素濃度を十分に高くすることができたからであると考えられる。また、実施例２〜４の結果から、アップテイク開口３１から排出される排ガス全体の２．０％〜５．０％の体積の空気を取り入れる場合において、流速を１４．６ｍ／ｓ以下とすることで、アップテイク開口３１における酸素濃度分布の偏りが抑制され、効率良く凝固物が溶解・除去されたものと考えられる。また、実施例１の結果から、アップテイク３０から空気を取り入れる場合には、流速を２．０ｍ／ｓ以下とすることで、アップテイク開口３１における酸素濃度分布の偏りが抑制され、効率良く凝固物が溶解・除去されたものと考えられる。なお、図１１において、原料装入量は、反応シャフト１０に投入される出発原料の装入量である。
【００３０】
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】
【００３１】
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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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