(57)【要約】【課題】反応シャフト内における精鉱の反応を安定化する。【解決手段】原料供給装置１は、反応シャフト３上部のランス１６の下端部に形成され、分散用ガスが内部を通過する中空円錐台状の分散コーン１５と、分散コーンの半径方向外側へ分散用ガスを吐出する第１通路１１と、分散コーンの底面から、分散コーンの底面円の法線方向及び半径方向のそれぞれに交差する斜め方向に反応用補助ガスを吐出する第４通路１４及び吐出方向調整チップ４０と、を備えている。これにより、分散コーンの底面から分散コーンの底面円の法線方向（鉛直方向）に反応用補助ガスを吐出する場合と比べ、分散用ガスによって水平方向に吹き飛ばされ、反応用主送風ガスと接触した精鉱と、反応用補助ガスとが速やかに混合するようになるので、反応シャフト内の反応を安定化することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自溶炉内に原料を供給するとともに、前記自溶炉内に前記原料の分散及び反応に寄与するガスを供給する原料供給装置であって、
シャフト部上部のランスの先端部に形成され、第１ガスが内部を通過する中空円錐台状の分散コーンと、
前記分散コーンの半径方向外側へ前記第１ガスを吐出する第１の吐出手段と、
前記分散コーンの底面から、前記分散コーンの底面円の法線方向及び前記半径方向のそれぞれに交差する斜め方向に第２ガスを吐出する第２の吐出手段と、を備える原料供給装置。
【請求項２】
前記第２の吐出手段は、前記法線方向から１０°以上８０°以下の交差角を有する方向に前記第２ガスを吐出することを特徴とする請求項１に記載の原料供給装置。
【請求項３】
前記第２の吐出手段は、前記法線方向から３０°以上６０°以下の交差角を有する方向に前記第２ガスを吐出することを特徴とする請求項１に記載の原料供給装置。
【請求項４】
前記第２の吐出手段は、
前記分散コーン内部に設けられた該分散コーンの軸方向に延びる第１ガス流路と、
前記第１ガス流路の前記底面側の端部に設けられた、前記斜め方向に前記第２ガスを吐出する第２ガス流路と、を有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原料供給装置。
【請求項５】
前記第２ガス流路は、前記分散コーンの底面部分に対して着脱可能な部材に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の原料供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の原料供給装置を備える自溶炉。
【請求項７】
原料の分散及び反応に寄与する第１ガスをシャフト部上部のランスから、水平方向に吐出するとともに、前記水平方向及び鉛直方向のそれぞれに交差する斜め方向に前記原料の反応に寄与する第２ガスを吐出することを特徴とする自溶炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料供給装置、自溶炉及び自溶炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自溶炉とは、銅、ニッケル等の非鉄金属の製錬、及び、マット処理製錬に用いられる製錬炉であり、反射炉型のセットラの上にシャフトを設け、その頂部から原料と反応ガスを吹き込むことで原料の酸化熱を最大限に利用し、瞬時に酸化溶融を行う炉である。自溶炉において、原料と反応用ガスを炉内へ供給する装置は、自溶炉の性能を決定付ける重要な役割を担っている。この原料供給装置の性能が反応シャフト内での原料の反応効率、反応進行度を左右し、その結果、自溶炉の処理能力及びメタル採収率（メタルロス）に影響を及ぼす。自溶炉における反応シャフト内での反応は、速やか、かつ、全ての原料が均一に同じ反応進行度で反応することが望ましい。また、炉内に供給されたすべての原料と反応用ガスが、反応シャフト内で反応を完了することが望ましい。この反応を、早期に完結、かつムラなく均一に行うためには、原料と反応用ガスを積極的に均一に混合させることが重要である。
【０００３】
最近では、精鉱を分散させるために、精鉱バーナーの先端に設けられた分散装置から分散装置の外側を下方向に向かう固体物質（精鉱）の流れに向けてガスを吹き付ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５３８１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような分散装置を用いても、精鉱バーナー下側に回りこむ精鉱が存在する。また、このような精鉱バーナーの下側に回りこんだ精鉱は、反応用ガスとの接触が少ないため、反応が速やかに完結せず、反応シャフト内の反応が不安定になるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、シャフト部内における反応を安定化することが可能な原料供給装置、自溶炉及び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】
【０００７】
本発明の原料供給装置は、自溶炉内に原料を供給するとともに、前記自溶炉内に前記原料の分散及び反応に寄与するガスを供給する原料供給装置であって、シャフト部上部のランスの先端部に形成され、第１ガスが内部を通過する中空円錐台状の分散コーンと、前記分散コーンの半径方向外側へ前記第１ガスを吐出する第１の吐出手段と、前記分散コーンの底面から、前記分散コーンの底面円の法線方向及び前記半径方向のそれぞれに交差する斜め方向に第２ガスを吐出する第２の吐出手段と、を備えている。
【０００８】
この場合において、前記第２の吐出手段は、前記法線方向から１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下の交差角を有する方向に前記第２ガスを吐出することとしてもよい。法線方向から３０°未満（特に１０°未満）の場合は、法線方向（０°）にガスを吐出させる場合と、コーン底部に回りこんだ鉱石との反応性に大差がないため効果的ではない。また、法線方向から６０°を超える場合（特に８０°を超える場合）は、コーン底面部に近いエリアでコーン底部にまわりこんだ原料との反応が進行するため、コーン底面部の温度が上昇し溶損する。或いはコーン底部に鋳付きが発達し、コーン底部のガスの流れが変わり反応性が安定しないため好ましくない。加えて、コーン底部円盤の半径方向に吐出される分散ガスと吐出方向が近く、精鉱バーナー下部での水平方向すなわちコーン底部半径方向へのガス吐出ベクトルの増加により、反応シャフト天井部への熱負荷が増大することが懸念される。また、前記第２の吐出手段は、前記分散コーン内部に設けられた該分散コーンの軸方向に延びる第１ガス流路と、前記第１ガス流路の前記底面側の端部に設けられた、前記斜め方向に前記第２ガスを吐出する第２ガス流路と、を有することとしてもよい。この場合、前記第２ガス流路は、前記分散コーンの底面部分に対して着脱可能な部材に設けられていてもよい。
【０００９】
本発明の自溶炉は、本発明の原料供給装置を備えている。
【００１０】
本発明の自溶炉の操業方法は、原料の分散及び反応に寄与する第１ガスをシャフト部上部のランスから、水平方向に吐出するとともに、前記水平方向及び鉛直方向のそれぞれに交差する斜め方向に前記原料の反応に寄与する第２ガスを吐出する自溶炉の操業方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の原料供給装置、自溶炉及び自溶炉の操業方法は、シャフト部内における反応を安定化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る銅錬用の自熔炉の構成を概略的に示す図である。
【図２】原料供給装置の一部を拡大して示す図である。
【図３】図３（ａ）は、ランスの断面図であり、図３（ｂ）は、吐出方向調整チップを示す斜視図であり、図３（ｃ）は、吐出方向調整チップの底面図である。
【図４】反応用補助ガスの吐出角度を説明するための図である。
【図５】一実施形態に係るランス下端部近傍における温度と酸素濃度の関係を模式的に示す図である。
【図６】反応用補助ガスが鉛直方向に吐出される場合の、ランス下端部近傍における温度と酸素濃度の関係を模式的に示す図である。
【図７】図７（ａ）は、吐出方向調整チップの変形例（その１）を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の吐出方向調整チップの底面図であり、図７（ｃ）は、吐出方向調整チップの変形例（その２）を示す断面図であり、図７（ｄ）は、図７（ｃ）の吐出方向調整チップの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、一実施形態に係る自溶炉について、図１〜図６に基づいて、詳細に説明する。図１は、一実施形態に係る銅錬用の自熔炉１００の構成を概略的に示す図である。
【００１４】
図１に示すように、自溶炉１００は、原料供給装置１と、炉体２と、を備える。原料供給装置１は、精鉱バーナーとも呼ばれ、原料である精鉱（銅精鉱（ＣｕＦｅＳ2など））、反応用主送風ガス、第２ガスとしての反応用補助ガス、及び第１ガスとしての分散用ガス（反応にも寄与する）を炉体２内に供給する。炉体２は、精鉱と反応用ガスとが混合する反応シャフト３、セットラ４、アップテイク５を備える。なお、反応用主送風ガス及び反応用補助ガスは、酸素富化空気であり、分散用ガスは、空気または酸素富化空気である。これらの反応用ガス、および分散用ガスは、精鉱を分散し、同時に酸化させ、反応シャフト３の底部でマット及びスラグに分離する。
【００１５】
図２は、原料供給装置１の一部を拡大した図であって、原料、反応用ガス、分散用ガスを反応シャフト３側へ投入する投入部１０を示した説明図である。
【００１６】
原料供給装置１の投入部１０は、ランス１６を備え、ランス１６内には分散用ガスの通る第１の吐出手段としての第１通路１１、反応用補助ガスが通過する第１ガス流路としての第４通路１４が形成されている。なお、ランス１６の断面図である、図３（ａ）から分かるように、第１通路１１と第４通路１４との間は、仕切り壁１６ａによって仕切られた状態となっている。また、投入部１０は、図２に示すように、ランス１６の外周に設けられた原料流路としての第２通路１２と、第２通路１２の外周に設けられた反応用ガス流路としての第３通路１３とを備えている。なお、第２通路１２と、第３通路１３は、円筒状の仕切り壁２１により、仕切られた状態となっている。
【００１７】
第１通路１１は、分散用ガスを反応シャフト３内へ供給する通路であり、その下端部は、ランス１６の先端部（下端部）に形成された中空円錐台状の分散コーン１５の側面下部１５１に設けられた複数の供給孔１５２となっている。複数の供給孔１５２からは、第１通路１１を通過した分散用ガスが反応シャフト３内へ吐出されるようになっている。なお、供給孔１５２からは略水平方向（分散コーンの底面円の法線方向に垂直な方向（底面円の半径方向））に吐出されるようになっている。
【００１８】
第２通路１２は、精鉱を反応シャフト３内へ供給する。第３通路１３は、反応用主送風ガスをエアチャンバー１７から反応シャフト３内へ供給する。
【００１９】
第４通路１４は、反応用補助ガスを反応シャフト３内へ供給する。第４通路１４の下端部には、図３（ａ）に示すように、吐出方向調整チップ４０が設けられている。なお、吐出方向調整チップ４０の外周面及び仕切り壁１６ａの内周面には、例えば螺旋状の溝が切られているものとし、吐出方向調整チップ４０は、仕切り壁１６ａに対して螺合しているものとする。
【００２０】
図３（ｂ）は、吐出方向調整チップ４０の斜視図であり、図３（ｃ）は、吐出方向調整チップ４０の底面図である。吐出方向調整チップ４０は、図３（ｂ）に示すように、凹部４２と、凹部４２の底面から吐出方向調整チップ４０の下面まで貫通した複数（図３（ｂ）、図３（ｃ）では、５つ）の貫通孔４４と、を有している。このため、第４通路１４を鉛直下向きに進行してきた反応用補助ガスは、吐出方向調整チップ４０を通過する際に、その進行方向を変更して、反応シャフト３内へ供給されるようになってる。なお、反応シャフト３内に吐出される反応用補助ガスの吐出方向は、分散コーン１５の底面円の法線方向（すなわち、鉛直方向）及び底面円の半径方向（水平方向）に交差する斜め方向となっている。より具体的には、反応用ガスの吐出方向は、図４に示すように、鉛直方向から１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下の交差角の範囲内の方向とされている。
【００２１】
次に、本実施形態において、反応用補助ガスの吐出方向を鉛直方向及び水平方向に交差する斜め方向としている理由について、図５、図６に基づいて説明する。
【００２２】
図５には、本実施形態のランス１６下端部近傍における温度と酸素濃度の関係が模式的に示されている。また、矢印にて、精鉱、反応用主送風ガス、分散用ガス、反応用補助ガスの流れが示されている。この図５に示すように、精鉱は、分散用ガスによって、水平方向に吹き飛ばされるが、反応用主送風ガスと接触して、●及び○にて示す軌跡で移動することになる。この場合、本実施形態では、反応用補助ガスが鉛直方向及び水平方向に交差する斜め方向に吐出していることから、精鉱と反応用補助ガスとが速やかに混合するので、反応シャフト３内の反応を安定化することができる。
【００２３】
一方、図６には、反応用補助ガスが鉛直方向に吐出される場合の、ランス１６下端部近傍における温度と酸素濃度の関係が模式的に示されている。また、矢印にて、精鉱、反応用主送風ガス、分散用ガス、反応用補助ガスの流れが示されている。この図６の例では、反応用補助ガスの吐出方向が精鉱と接触しにくい方向（接触する可能性が低い方向）となっている。このため、精鉱と速やかに接触せずに、反応シャフト３内のシャフトとセットラーの接合部まで到達する酸素が存在し、その結果、部分的に過酸化なスラグが生成し、スラグへのメタルロスが大きくなるおそれがある。
【００２４】
このように、本実施形態では、図５のように吐出方向調整チップ４０を設け、反応用補助ガスの吐出方向を工夫することで、図６の場合と比較して、反応シャフト３内の反応を安定化させ、メタルロスの低減を図ることが可能となっている。
【００２５】
なお、これまでの説明から分かるように、本実施形態では、第４通路１４と、吐出方向調整チップ４０とにより、分散コーン１５の底面から、反応用補助ガスを斜め方向に吐出する第２の吐出手段としての機能が実現されている。また、本実施形態では、吐出方向調整チップ４０の凹部４２と、貫通孔４４とにより、反応用補助ガスを斜め方向に吐出するための第２ガス流路としての機能が実現されている。
【００２６】
以上、説明したように、本実施形態によると、原料供給装置１は、反応シャフト３上部のランス１６の下端部に形成され、分散用ガスが内部を通過する中空円錐台状の分散コーン１５と、分散コーン１５の半径方向外側へ分散用ガスを吐出する第１通路１１と、分散コーン１５の底面から、分散コーン１５の底面円の法線方向及び半径方向のそれぞれに交差する斜め方向に反応用補助ガスを吐出する第４通路１４及び吐出方向調整チップ４０と、を備えている。これにより、分散コーン１５の底面から分散コーン１５の底面円の法線方向（鉛直方向）に反応用補助ガスを吐出する場合と比べ、分散用ガスによって水平方向に吹き飛ばされ、反応用主送風ガスと接触した精鉱と、反応用補助ガスとが速やかに混合するようになるので、反応シャフト３内の反応を安定化することができる。これにより、メタルロスの低減を図ることが可能である。また、反応用補助ガスの吐出方向がほぼ水平の場合に発生する反応フレームによる反応シャフト３の天井部の溶損を抑制することができる。
【００２７】
また、本実施形態によると、反応用補助ガスの吐出方向が、鉛直方向から１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下の交差角を有する方向であるため、図５のように流れ落ちる精鉱と反応用補助ガスとを効率的かつ速やかに混合させることができる。また、反応フレームによる反応シャフト３の天井部の溶損を効果的に抑制することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、分散コーン内部に設けられた第４通路１４に、吐出方向調整チップ４０を設けることで、反応用補助ガスの斜め方向への吐出を実現している。これにより、簡易な構成で、反応用補助ガスの斜め方向への吐出を実現することができる。また、従来から利用されていたランス１６の第４通路１４に吐出方向調整チップ４０を設けるのみでよいので、さほどコストを掛けずに、反応シャフト３内の反応を安定化することができる。また、吐出方向調整チップ４０は、ランス１６に対して着脱可能であることから、反応用補助ガスの吐出角度が異なる吐出方向調整チップ４０と交換することで、吐出角度を適宜調整することが可能である。
【００２９】
また、本実施形態では、吐出方向調整チップ４０が分散コーン１５の下面から突出した状態となっていないので、突出している場合に生じる、貫通孔４４付近への鋳付きの付着を抑制することができる。これにより、メンテナンスによる作業者負担を低減できるとともに、鋳付きが付着した場合に生じる周辺のガス流の乱れを抑制することができ、安定的な反応を維持できる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、ランス１６に吐出方向調整チップ４０を設けることで、反応用補助ガスの吐出角度を変更する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、第４通路１４の下端部を図６のように貫通させずに、第４通路１４の下端部に壁を設け、該壁に鉛直方向及び水平方向に交差する方向に延びる貫通孔を複数形成するようにしてもよい。
【００３１】
なお、上記実施形態では、吐出方向調整チップ４０が、図３（ｂ）、図３（ｃ）のような構成を有する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図７（ａ）の斜視図及び図７（ｂ）の底面図に示すような吐出方向調整チップ４０’を採用することとしてもよい。この吐出方向調整チップ４０’には、凹部１４２と、略円錐形状の貫通孔１４４とが形成され、貫通孔１４４の内部には、略円錐形状の芯部１４６が設けられている。なお、芯部１４６は、不図示の固定部材により、貫通孔１４４内における位置が固定された状態となっている。このような吐出方向調整チップ４０’を採用しても、反応用補助ガスの吐出方向を鉛直方向から１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下の交差角を有する方向とすることができるので、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３２】
また、吐出方向調整チップとしては、図７（ｃ）の断面図及び図７（ｄ）の底面図に示すような吐出方向調整チップ４０”を採用することもできる。この吐出方向調整チップ４０”には、凹部２４２と、複数（図７（ｃ）、図７（ｄ）では４つ）のスリット状の貫通孔２４４とが形成されている。貫通孔２４４は、鉛直方向に対し傾斜した方向（鉛直方向から１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下の交差角を有する方向）に延びている。このような吐出方向調整チップ４０”を採用しても、反応用補助ガスの吐出方向を鉛直方向から１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下の交差角を有する方向とすることができるので、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  原料供給装置
３  シャフト部（反応シャフト）
１１  第１通路（第１の吐出手段）
１４  第４通路（第１ガス流路、第２の吐出手段の一部）
１５  分散コーン
１６  ランス
４０  吐出方向調整チップ（第２の吐出手段の一部）
４２  凹部（第２ガス流路の一部）
４４  貫通孔（第２ガス流路の一部）
１００  自溶炉
【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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