(57)【要約】【課題】  局部過熱を抑えながら、鉱石処理能力を引き上げることが可能なロータリーキルンの操業方法を提供する。【解決手段】  微粉炭と重油との混焼バーナーを備え、ＭｇＯ品位２０〜２８％及びＳｉＯ２品位２９〜３９％のニッケル酸化鉱石を焼成処理するシェル内径４.０〜６.０ｍ及び長さ１００〜２００ｍのフェロニッケル製錬用のロータリーキルンの操業方法であって、前記混焼バーナーの混焼率を８０〜９５％にする。該混焼バーナーは微粉炭の燃焼量が湿潤基準で３〜５ｔ／ｈであるのが好ましく、該微粉炭は亜瀝青炭及び褐炭の少なくとも一方をミルで粉砕したものであって揮発分を３０％以上含むものであるのが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭と重油との混焼バーナーを備え、ＭｇＯ品位２０〜２８％及びＳｉＯ２品位２９〜３９％のニッケル酸化鉱石を焼成処理するシェル内径４.０〜６.０ｍ及び長さ１００〜２００ｍのフェロニッケル製錬用のロータリーキルンの操業方法であって、前記混焼バーナーの混焼率を８０〜９５％にすることを特徴とするロータリーキルンの操業方法。
【請求項２】
前記混焼バーナーでの微粉炭の燃焼量が湿潤基準で３〜５ｔ／ｈであることを特徴とする、請求項１に記載のロータリーキルンの操業方法。
【請求項３】
前記ロータリーキルンは、その中間位置に還元剤投入用のスクープフィーダが設けられており、前記スクープフィーダを使用してロータリーキルンの中間位置に還元剤を投入することを特徴とする、請求項１または２に記載のロータリーキルンの操業方法。
【請求項４】
前記微粉炭は亜瀝青炭及び褐炭の少なくとも一方をミルで粉砕したものであり、揮発分を３０％以上含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のロータリーキルンの操業方法。
【請求項５】
前記ロータリーキルン内を通過する反応用ガスの流量が１００,０００〜３００,０００Ｎｍ３／ｈであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載のロータリーキルンの操業方法。
【請求項６】
前記ロータリーキルンには内壁耐火物が設けられており、その厚さは平均１５０〜４００ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１つに記載のロータリーキルンの操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭と重油との混焼バーナーを備えたフェロニッケル製錬用のロータリーキルンの操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄とニッケルとの合金であるフェロニッケルは、ステンレス鋼の原料として使用されている。このフェロニッケルの製造は、原料としての酸化ニッケル鉱石（以下、鉱石と称する）に対して、予備乾燥工程、焼成及び予備還元工程、還元熔解工程、精製（脱硫）工程、及び鋳造工程からなる一連の処理を施す乾式製錬方法が一般に用いられている。
【０００３】
具体的には、先ず予備乾燥工程において、所定の調合組成となるよう配合された鉱石がロータリードライヤーに装入され、ここで付着水分の一部が除去される。次の焼成及び予備還元工程では、上記予備乾燥された鉱石が石炭などの炭素質還元剤（以下、還元剤と称する）及び必要に応じて添加される熔剤と共にロータリーキルンに投入され、ここで残りの付着水及び結晶水が完全に除かれると共に部分的に還元され、焼鉱（８００〜９００℃）が生成される。生成した焼鉱は、未反応の還元剤と共にロータリーキルンから排出され、次の還元熔解工程に送られる。
【０００４】
還元熔解工程では、電気炉又は熔鉱炉等の還元炉で焼鉱が還元熔解されて粗フェロニッケルとスラグとが生成される。還元炉から産出される粗フェロニッケルは、還元剤の添加によって品位が調整された１５〜２５質量％のニッケルのほか、鉱石中のコバルトや一部の鉄、更には硫黄等の不純物を含有している。一方、粗フェロニッケルと同時に産出されるスラグは、鉱石中の酸化鉄の大部分と二酸化ケイ素及び酸化マグネシウムを含んでいる。なお、スラグは鉄鋼製錬の焼結工程における成分調整用マグネシア熔剤、コンクリート用細骨材や土木工事用資材等として有効利用される。
【０００５】
上記した還元熔解工程で得られた粗フェロニッケルは、製品スペックに応じて脱硫処理が施される。脱硫処理を施す場合は、レードルを用いて機械式攪拌又は電気誘導式攪拌装置による精製炉等の脱硫装置に移され、ここで所望の硫黄含有量となる様にカルシウムカーバイド等の脱硫剤が添加され、粗フェロニッケル中の硫黄が硫化カルシウム（ＣａＳ）として精製スラグ中に固定される。これにより粗フェロニッケルから硫黄が除去され、精製フェロニッケル熔湯が得られる。得られた精製フェロニッケル熔湯は、次に鋳造工程において回転する円盤状媒体を介して粗粒化され、水中で冷却される事で、フレーク状粒体であるショットとよばれる形状の製品となる。
【０００６】
ところで、上記したフェロニッケルの乾式製錬方法では、焼成及び予備還元工程が行われるロータリーキルンの鉱石処理能力が経済性に大きく影響するため、その処理能力を高めるための技術開発が鋭意進められている。例えば特許文献１には、鉱石処理能力を引き上げるため、鉱石原料全体と高温ガスとの接触効率を高めて含水率の高い鉱石原料であっても高い熱交換率を達成できる回転式熱交換装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３５１４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、ロータリーキルンの鉱石処理能力を上昇させるためには、焼鉱を排出する側（以下、炉前と称する）から鉱石を装入する側（以下、炉尻と称する）に向けて、鉱石の焼成が進む温度６００℃以上の温度域（以下、高温領域と称する）を拡張させるのが効果的である。例えば、全長１００ｍ程度のロータリーキルンにおいては、炉前から炉尻に向かって４０〜５０ｍ程度の位置まで高温領域を拡張させることが有効である。これを実現するため、バーナーフレームの形状を適切な長さと太さにコントロールすることが試みられている。また、バーナーで発生させる熱量を増加させることも試みられている。
【０００９】
しかしながら、バーナーを改造せずに単に燃焼量を増加させた場合は、図１に示すようにバーナーフレームが太くなりすぎたり、バーナーフレームの先端部が焼鉱やロータリーキルン内壁耐火物に接触したりして局部過熱を生じ、これにより熔融した焼鉱がロータリーキルンの内壁耐火物に付着して付着物（以下、リングとも称する）を生成させることがあった。
【００１０】
このリングがロータリーキルン内壁耐火物から剥がれると大きな塊となってロータリーキルン炉前の排出口を詰まらせたり後段の処理設備への搬送設備を破損させたりするトラブルを誘発し、鉱石処理能力を低下させるおそれがあった。上記したリングの生成を抑制するためには局部過熱を防止しながらバーナーフレームを適切な長さと太さにコントロールできるロータリーキルンの操業方法が求められているが、従来の装置ではバーナーフレームの長さを長くするとロータリーキルン内の局部過熱が生じやすく、リングの生成を抑制することは困難であった。
【００１１】
本発明はかかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、フェロニッケル製錬において、ロータリーキルン内の局部過熱を抑えながら、鉱石処理能力を引き上げることが可能な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】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明に係るロータリーキルンの操業方法は、微粉炭と重油との混焼バーナーを備え、ＭｇＯ品位２０〜２８％及びＳｉＯ２品位２９〜３９％のニッケル酸化鉱石を焼成処理するシェル内径４.０〜６.０ｍ及び長さ１００〜２００ｍのフェロニッケル製錬用のロータリーキルンの操業方法であって、前記混焼バーナーの混焼率を８０〜９５％にすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フェロニッケル製錬における所定のサイズのロータリーキルンに対して、バーナーフレームの形状を従来に比べて適切な長さと太さを有する細長い形状にすることができ、よってロータリーキルン炉前の温度を維持しつつロータリーキルン中間部の炉内温度を高めることができる。これにより、炉内にある還元剤の燃焼率を引き上げることができるので、局部過熱によるリングの生成を生じることなく鉱石処理能力を引き上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一般的なロータリーキルンのバーナーフレーム形状の模式図である。
【図２】混焼率を変えた時のバーナーフレームの形状の違いをシミュレーションした模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明によるロータリーキルンの操業方法の一具体例について説明する。この本発明の一具体例のロータリーキルンの操業方法は、微粉炭と重油との混焼バーナーを備え、ＭｇＯ品位２０〜２８％及びＳｉＯ２品位２９〜３９％のニッケル酸化鉱石を焼成処理するシェル内径４.０〜６.０ｍ及び長さ１００〜２００ｍのフェロニッケル製錬用のロータリーキルンの操業方法であって、該混焼バーナーの混焼率を８０〜９５％にすることを特徴としている。
【００１６】
このように、フェロニッケル製錬におけるロータリーキルンのバーナーにおいて、高位発熱量基準で単位時間当たりに燃焼させる微粉炭と重油との合計発熱量に対する微粉炭の発熱量である混焼率を８０〜９５％にすることで、バーナーフレームの形状を長炎化させることができ、よって、従来の操業方法に比べてバーナーフレームの形状を細長くすることができる。その結果、ロータリーキルンの炉前の温度を維持しつつ中間部の炉内温度を引き上げることができ、還元剤の燃焼率を高めることができる。
【００１７】
なお、混焼率（％）は、単位時間にバーナーで燃焼させる微粉炭の高位発熱量をＡ（ＭＪ／ｈ）、単位時間にバーナーで燃焼させる重油の高位発熱量をＢ（ＭＪ／ｈ）としたとき、下記式１で求めることができる。例えば、高位発熱量２８ＭＪ／ｋｇの微粉炭を４０００ｋｇ／ｈ、及び高位発熱量３９ＭＪ／ＬのＡ重油５００Ｌ／ｈを燃焼させた場合、混焼率は８５％となる。
[式１]
混焼率＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００
【００１８】
上記した混焼バーナーの混焼率とバーナーフレームの形状について具体的に説明する。図２は、バーナーで燃焼させる発熱量が一定の条件下において、バーナーの混焼率を変化させた時のバーナーフレームの形状の変化についてシミュレーションした結果を示している。この図２から分かるように、バーナーの混焼率を高める事により、バーナーフレームの形状をより細長く、即ち長炎化させることが可能になる。
【００１９】
具体的には、混焼率を図２（ａ）に示す５０％から図２（ｂ）に示す８５％とすることで、９２７℃（１２００Ｋ）以上のフレーム長さは１５.４ｍから２２.３ｍへと長くすることができ、より高温の１１２７℃（１４００Ｋ）以上のフレーム長さは１２.１ｍから８.５ｍへと短くすることができる。このように、混焼率を５０％から８５％に増やすことでフレームの形状を細長くすることができる。そして、フレームの形状が細長くなれば、バーナーでの燃焼量を引き上げた時にロータリーキルンの炉前の温度をほとんど変化させることなくロータリーキルン中間部の温度を上げることができる。これは、ロータリーキルンの炉内の高温領域が炉尻方向に拡がることを意味している。これにより、ロータリーキルンの炉内を移動している焼鉱中に含まれる還元剤が高温領域に滞留する時間が長くなり、よって還元剤の燃焼率を向上させることができる。
【００２０】
本発明では特にバーナーフレームの形状を細長くするために、混焼率を８０〜９５％の範囲内に限定している。これは、混焼率が８０％未満ではバーナーフレームの先端部がロータリーキルンの中間部まで届かなくなり、結果的にロータリーキルンの中間部の温度を引き上げることができなくなり、還元剤の燃焼率を高くする効果が得られなくなる。一方、混焼率が９５％を超えると、液体燃料である重油よりも燃焼させることが難しい固体燃料である石炭の燃焼量が増加するため、その十分な燃焼のためにロータリーキルン全体の操業温度を高くする必要が生じ、炉前における焼鉱温度を１０００℃以上にすることが必要になる。
【００２１】
しかしながら、ＭｇＯ品位２０〜２８％、ＳｉＯ２品位２９〜３９％のニッケル酸化鉱石は、融点の指標であるＭｇＯ／ＳｉＯ２で表される塩基度が０.５１〜０.９７であり、よってニッケル酸化鉱石がロータリーキルン内で熔融することを防ぐため、ロータリーキルン炉前の焼鉱温度を７００〜１０００℃の範囲となるように操業することが必要になる。つまり、混焼率９５％を超える多量の微粉炭の燃焼のためにロータリーキルン炉前の焼鉱温度を１０００℃を超えて操業すると、炉内のニッケル酸化鉱石の熔融が生じ、これがロータリーキルンの内壁耐火物に付着してリングを生成させる問題が生じるおそれがある。
【００２２】
特に、シェル内径４.０〜６.０ｍ及び長さ１００〜２００ｍのロータリーキルンの場合は、炉前における焼鉱温度が１０００℃を超えるとロータリーキルンの内壁耐火物に熔けた鉱石が一旦付着すると、そのままはがれ落ちずに成長してリングを生成し、これが何らかのタイミングではがれ落ちた時は搬送経路の詰まりや搬送設備の故障等のトラブルを生じさせる。なお、シェル内径が６.０ｍを超えたり、長さが２００ｍを超えるような大きさのロータリーキルンの場合は、炉前における焼鉱温度が１０００℃を超えてロータリーキルンの内壁耐火物に一部熔けた鉱石が付着しても、直ぐに剥がれ落ちて大きなリングの生成に至らないので、上記した搬送設備のトラブル等の問題は生じにくい。
【００２３】
本発明の一具体例の操業方法では、更にバーナーで燃焼させる微粉炭の量は湿潤基準で３〜５ｔ／ｈであるのが好ましい。これは、シェル内径４.０〜６.０ｍ及び長さ１００〜２００ｍのロータリーキルンにおいては、前述した混焼率の下、微粉炭の量が５ｔ／ｈを超えるとＭｇＯ品位２０〜２８％及びＳｉＯ２品位２９〜３９％のニッケル酸化鉱石の焼成処理の際に鉱石の融点を超えるおそれが生じるからである。一方、微粉炭の量が３ｔ／ｈ未満の場合、バーナーでの発熱量が少なくなり、ロータリーキルン全体の温度が下がって鉱石処理能力を引き上げることは出来なくなるおそれがある。なお、バーナーで燃焼させる微粉炭は一般に含水率が７〜１５％である。
【００２４】
また、この微粉炭は、亜瀝青炭又は褐炭をミルで粉砕したものが好ましい。これらは安価で容易に入手することができるからである。更にこの微粉炭は揮発分を３０％以上含むのが好ましい。石炭に含まれる固定炭素及び揮発分の内、燃焼の容易な揮発分が３０％以上含まれることにより、ロータリーキルン中間部でこの揮発分が優先的に燃焼され、ロータリーキルン中間部の温度を容易に引き上げることができるからである。その結果、還元剤の燃焼率を高めることができる。
【００２５】
本発明の一具体例の操業方法では、ロータリーキルンの中間位置に還元剤投入用のスクープフィーダを設けて、そこからロータリーキルンの中間位置に還元剤を投入するのが好ましい。これにより、バーナーフレームを長炎化させることでロータリーキルンの中間位置に到達させることが可能になった該フレームの先端部若しくはその近傍に還元剤を投入するができ、その燃焼率を高めることができる。
【００２６】
上記の通り、長炎化させたバーナーフレームの先端部若しくはその近傍に還元剤を投入するのが好ましいが、ロータリーキルン炉前から炉尻側に向ってロータリーキルン全長の２０〜５０％の範囲内であれば還元剤を投入してもかまわない。還元剤の投入位置が、ロータリーキルン炉前から炉尻側に向ってロータリーキルン全長の２０％未満の領域になると、ロータリーキルン炉前付近の温度が急激に増加するため好ましくない。一方、ロータリーキルン炉前から炉尻側に向ってロータリーキルン全長の５０％を超えた領域は温度が顕著に低くなるため、この領域に投入された還元剤は燃焼率を高くすることが難しくなる。
【００２７】
本発明の一具体例の操業方法では、ロータリーキルン内を通過する反応用ガスの流量は１００,０００〜３００,０００Ｎｍ３／ｈであることが好ましい。この流量が１００,０００Ｎｍ３／ｈ未満の場合、還元剤の反応に必要な酸素が得られにくくなる。一方、この流量が３００,０００Ｎｍ３／ｈを超える場合、還元剤の反応に必要な酸素を得ることは出来るが、反応用ガスの流量の増大により持ち去られる顕熱が増加するため、ロータリーキルン全体の温度が維持できなくなるため好ましくない。
【００２８】
本発明の一具体例の操業方法で使用するロータリーキルンは、内壁耐火物の厚みが平均１５０〜４００ｍｍであることが好ましい。この厚みが１５０ｍｍ未満ではロータリーキルンの鉄製のシェル表面からの熱放射が増加するため好ましくない。一方、この厚みが４００ｍｍを超えると上記シェル表面からの熱放射は減少するので、ロータリーキルン全体の温度は維持することができる。しかしながら、耐火物の厚さが４００ｍｍを超えると、ロータリーキルンに施工する耐火物の量が莫大になるので施工費用や施工期間の点から好ましくない。
【実施例】
【００２９】
炉前から３０ｍの位置に還元剤投入用のスクープフィーダを備えたフェロニッケル製錬用のロータリーキルン（長さ１０５ｍ、シェル内径４.８ｍ、耐火物厚さ２５０ｍｍ、回転数０.７〜１.４ｒｐｍ）を用いて、還元剤として下記混焼バーナーに導入したものと同じ褐炭を投入しながらＭｇＯ品位２２〜２７％、ＳＯ２品位３７〜３９％、付着水分量１８〜２８質量％のニッケル酸化鉱石の焼成及び予備還元処理を行った。ロータリーキルンの焼鉱温度は８００〜９００℃とし、反応用ガスとして空気を流量１５０,０００Ｎｍ３／ｈ（ロータリーキルン出口煙道においてＪＩＳ  Ｚ８８０８により測定）導入した。また、還元剤の投入量は湿潤基準で５ｔ／ｈとし、そのうちの９０％はスクープフィーダから、残る１０％は炉尻から投入した。そして、バーナーにはＡ重油とミルで粉砕した揮発分３３％の褐炭からなる微粉炭との混焼バーナーを用い、その混焼率を７８％、８０％、８５％、及び９０％と変化させ、それらの各々の場合において、還元剤として投入した石炭の揮発分の燃焼率及び固定炭素分の燃焼率をロータリーキルン出口排ガス分析により求まる排ガスに含まれる揮発分と、焼鉱に含まれる固定炭素、及びロータリーキルンのヒートバランスから算出した。その結果を下記表１に示す。
【００３０】
【表１】
2015190050.tif 000002
【００３１】
上記表１の結果から、混焼率を引き上げることで還元剤として用いている石炭の揮発分燃焼率が大幅に向上することが分かる。具体的には、混焼率を８０％以上に引き上げることで、揮発分燃焼率を８０％以上に向上させることができ、還元剤の燃焼率も向上させることができた。なお、混焼率７８％ではリングが発生したがそれ以外の混焼率ではリングの発生はなかった。このように、混焼率を８０％以上にすることでロータリーキルン炉前の温度を維持しつつ、ロータリーキルン中間部の炉内温度が高められることが分かる。
【符号の説明】
【００３２】
１    混焼バーナー
２    バーナーフレーム
３    炉前ダム
４    内壁耐火物
５    焼鉱
【図１】
2015190050.tif 000003
【図２】
2015190050.tif 000004