(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅製錬転炉排ガスの冷却及び廃熱回収を目的として、水冷壁で構成したフード部の後に廃熱ボイラーを設置した転炉排ガス処理装置であって、
当該フードと廃熱ボイラーの間に壁面がボイラー構造ではなく、かつ内部が空洞構造であり、その空洞部の断面積が、入口側より中央部のほうが、大きいチャンバーを配置するとともに、
チャンバーの少なくとも前壁部が強制循環ジャケットであり、少なくとも天井部が蒸発型ジャケットとしたことを特徴とする転炉排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、銅精鉱及び銅原料を自溶炉、転炉、及び精製炉を用いて製錬して、銅電解精製に適した精製粗銅を得る銅製錬において用いられる転炉の排ガス処理装置に関するものである。
更に詳細には、本発明は、転炉でのCu2S、FeSを主体としたカワに硅酸鉱を投入し、炉体の側面下部に設置された多数の羽口から空気または酸素富化空気を吹き込む際に発生する排ガス（SO2ガスを含む）を処理する際に、排ガス冷却及び廃熱回収を目的に廃熱ボイラーを設置する場合において、ボイラー蒸発管への溶湯スプラッシュの付着及びそれに起因する蒸発管の減肉、そして投入固形物のキャリアオーバー時に発生するボイラー蒸発管の損傷を防止可能な転炉の排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銅の製錬工程としては種々の処理方法があるが、その代表的なプロセスとしては自溶炉において銅精鉱を酸化溶錬して、カワを生成させ、そのカワを転炉で処理して銅含有量98.5mass%程度の粗銅を得て、さらにその粗銅を精製して銅含有量を99.3 mass %〜99.5 mass %程度まで上昇させてからアノードを鋳造し、最終的に電解精製するプロセスである。
銅転炉は、一般にピアース・スミス式転炉（以下、PS式転炉と略す）と呼ばれる円筒横型の炉体が用いられ、操業時には炉を傾転して炉側面下方から空気あるいは酸素富化空気を吹き込む数十本の羽口を有している。
【０００３】
PS転炉の操業はバッチ式であり、前工程の自溶炉において各バッチに必要な量のカワをレードルに抜き出し、天井クレーンにより銅転炉内に装入されるが、転炉内に装入された1バッチ分のカワの吹錬には、造カン期と造銅期の異なる吹錬が存在する。
造カン期では、カワ中のFeとSを酸化除去する過程であり、酸化されたSはSO2ガスとして排ガス中に除去され、酸化されたFeは溶剤である珪酸鉱と結合させ、低融点のカラミを生成させて第1造カン期の終了後に炉外に除去する。
【０００４】
第1造カン期の終了後にカラミを排出し、炉内の溶体が減少し、湯面が下がるので、追加のカワを装入し、第2造カン期が行われる。造カン期を終了してカラミを炉外に排出した溶体は白カワと呼ばれ、銅品位は75
mass %前後であり、若干除いたFeを除いてはCu2Sである。造カン期終了後に造銅期に移行し、ここではCu2SのSを酸化除去し、最終的には、98.5
mass %程度の転炉粗銅に仕上げる。
【０００５】
銅転炉の操業において造カン期及び造銅期いずれも酸化反応であり、SO2ガスが発生する。環境保護の観点から、この排ガスは、導入ファン等により、通常、硫酸工場に運ばれ、濃硫酸を製造するのが一般的である。硫酸工場では、除塵、洗浄、乾燥後、転化器でSO2をSO3とし、吸収塔にて濃硫酸を製造する。通常、除塵装置の耐久温度は、200〜350℃が一般的である。
【０００６】
造カン期及び造銅期に発生する排ガスは、800℃以上である為、ガス冷却が必要である。また、廃熱回収の観点から、硫酸工場までの排ガス道間に、廃熱ボイラーを設置するのが一般的である。
例えば、公知の文献には、銅製錬炉用排熱回収装置（特公昭62-14203号）（特許文献１）がある。
これは、転炉毎に水冷壁等で構成したフードの後にチャンバーを設置し、その後部に共通のガス道を設け、その後部に2基の廃熱ボイラーを設置している。また、コットレル入口温度を一定に保つ為、各ボイラーにバイパスガス道が設置されている。その為、共通のガス道の距離が長くなり、経年劣化の際に、多大な修繕費が掛かっていた。
また、共通ガス道入口側では、ガス温度が800℃近くある為、転炉からのスプラッシュによるダストが溶着をし、ガス道を閉塞させるという問題があった。
また、非特許文献1（米川・浜本：資源と素材 114,347-351(1998)）に示されているように、転炉毎に水冷壁等で構成したフードの直後に廃熱ボイラーを設置する考え方もある。
本文献に示されるボイラーは前半の輻射部と後半の対流部から構成されている。輻射部に到達するダストは、主として転炉吹錬に起因する溶湯のスプラッシュと推定される。
一方、ボイラー蒸発管には圧力4MPa、温度250℃程度の飽和水が流れており、表面温度は250℃以上であると推定されるため、転炉からのスプラッシュを主体とするダストがボイラー輻射部に付着した場合、融着しやすく、除去が困難な為、排ガス道の閉塞を惹起し、操業維持が困難となることがあった。また、高温ダストとボイラーチューブの反応によるチューブ肉厚の減肉の危険も有していた。さらに、転炉には、銅スクラップ等の固形物を装入するが、キャリーオーバーによりボイラーへ到達することがあり、機械的衝撃によりチューブに損傷を与えることがあった。チューブが破損した場合は、高温・高圧の蒸気が噴射する為、操業の継続は困難であり、長時間炉を停止し、冷却した後、補修を行う必要があった。
【特許文献１】特公昭62-14203号  銅製錬炉用排熱回収装置
【非特許文献１】米川・浜本：資源と素材 114,347-351(1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ボイラーチューブへのダスト溶着を防止すると共に、ボイラーチューブの損傷を防止しうる転炉排ガス処理設備を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明者等は、以下の本発明を成した。
（１）銅製錬転炉排ガスの冷却及び廃熱回収を目的として、水冷壁で構成したフード部の後に廃熱ボイラーを設置した転炉排ガス処理装置であって、当該フードと廃熱ボイラーの間に壁面がボイラー構造ではなく、かつ内部が空洞構造であり、その空洞部の断面積が、入口側より中央部のほうが、大きいチャンバーを配置するとともに、チャンバーの少なくとも前壁部が強制循環ジャケットであり、少なくとも天井部が蒸発型ジャケットとした転炉排ガス処理装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、転炉でのCu2S、FeSを主体としたカワに硅酸鉱を投入し、炉体の側面下部に設置された多数の羽口から空気または酸素富化空気を吹き込む際に発生する排ガス（SO2ガスを含む）を処理する際に、排ガス冷却及び廃熱回収を目的に廃熱ボイラーを設置する場合において、
１）   
ボイラー蒸発管への溶湯スプラッシュの付着及びそれに起因する前記蒸発管の減肉を防止することができる。
２）投入固形物のキャリアオーバー時に発生するボイラー蒸発管の損傷が、全くなくなる。
３）上記の問題解決されたことにより、操業を制限・停止し、補修作業を長時間することがなくなり、転炉の稼働時間が、大幅に伸びる。
即ち、増産が可能となった。年間５００トンの増産となり、約４．５億円の増益となる。
効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面１及び２に基づいて説明する。自溶炉で産出されたCu2S,FeSを主体とした溶融カワ200〜230t（Cu：63〜70 mass %,Fe：14〜6 mass
%,S：20〜15 mass %）を円筒横型PS式の転炉に装入して酸化吹錬する場合について説明する。
【００１２】
図1に示すように、レードルによって運ばれたカワは、転炉炉体1の装入口2から炉内に装入される。  その後、羽口4より送風しつつ転炉炉体1を起こして、炉内に装入されているカワに、酸素富化空気を吹き込む。カワ中の組成・量に応じてSiO2を主成分とする硅酸鉱を炉内に装入してカワ中の鉄と硫黄の酸化を行う。
【００１３】
第１造カン期で生成したカラミは炉外に排出されるが、カラミが取り除かれると炉内の溶体が減少するので、その後、追加のカワを炉内に装入し、第２造カン期を行う。第２造カン期にも同様に羽口4からカワ中に酸素富化空気を吹き込み、硅酸鉱を炉内に装入してカワ中の鉄と硫黄の酸化を行う。
第2造カン期で生成した酸化鉄とSiO2を結合させてカラミを炉外に取り出し、銅品位75 mass %程度の白カワとなし、次の造銅期に入る。
【００１４】
銅転炉の操業において造カン期及び造銅期いずれも酸化反応であり、SO2ガスが発生する。環境保護の観点から、この排ガスは、導入ファン等により、通常、硫酸工場に運ばれ、濃硫酸を製造するのが一般的である。
硫酸工場では、除塵、洗浄、乾燥後、転化器でSO2をSO3とし、吸収塔にて濃硫酸を製造する。通常、除塵装置の耐久温度は、200〜350℃が一般的である。
【００１５】
造カン期及び造銅期に発生する排ガスは、800℃以上である為、ガス冷却が必要である。また、廃熱回収の観点から、硫酸工場までの排ガス道間に廃熱ボイラーを設置するのが一般的である。
【００１６】
銅製錬転炉排ガスの冷却及び廃熱回収を目的として、水冷壁等で構成したフード部の後に廃熱ボイラーを設置する場合において、当該フードと廃熱ボイラーの間に壁面がボイラー構造ではなく、かつ内部が空洞構造であるチャンバーを配置することにより、ボイラーチューブへのダスト溶着を防止すると共に、ボイラーチューブの損傷を防止する。
そうすることにより、安定生産することができるようになった。
チャンバーの内部構造は、内側部は、例えば、前壁（全体の約３０から５０％）に強制循環ジャケットを設置し、後部（全体の約５０から７０％）は、キャスター構造とし、天井部に蒸発型ジャケットを設置した。      
空洞部は、約５〜１０ｍ長径とする。5〜10ｍ程度の長さがないと排ガス中の荒いダスト（0.1〜5ｍｍφ程度）が落下しないためである。
また、前記記載の空洞部の断面積は、入口側が7〜12m2、中央部が18〜26m2とする。余りにも狭いとダストの溶着が、生じるからであり、余りに広いと構造上の問題等を生じるからである。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
図2に、水冷壁等で構成したフード（５）部の後にチャンバー（６）を配置し、その後部に廃熱ボイラー（７）を設置した、例を示す。
チャンバー（６）の前壁に強制循環ジャケット（９）（循環水量は、約４０ｔ／ｈ）を設置し、天井部全面に蒸発型ジャケット（８）（蒸気は、排蒸気管を介し、棄却）を設置した。空洞部は７ｍ、チャンバー（６）入口部は１０ｍ2、中央部は２２ｍ2とした。
本条件では、350回操業後においても、ボイラーチューブへのダスト溶着を防止するができ、削岩機等での除去作業が全く不要であった。
（比較例１）方式の転炉排ガス処理構造とした場合は、約２００回操業において、ボイラチューブへダストが溶着し、操業継続が困難となり、１から２日間操業を制限し、ボイラチューブ間のダスト除去が必要であった。
また、排ガス道の一部に、強固な溶着物が堆積し、削岩機等により除去作業が必要であった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明及び従来に係わる転炉を示す側面図及び断面図を示す。
【図２】本発明の排ガス処理装置の断面図を示す。
【符号の説明】
【００１９】
１ 転炉炉体
２ 装入口
３ 装入シュート
４ 羽口
５ フード
６ チャンバー
７ 廃熱ボイラー
８ 天井ジャケット（蒸発型）
９ 強制循環ジャケット
【図１】
0005198741.tif 000002
【図２】
0005198741.tif 000003