(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自溶炉のシャフト頂部から銅精鉱、フラックスその他の装入物を酸素富化空気と共に吹き込んで溶解し、溶融マットおよび溶融スラグを産出するに際し、上記シャフト内に操業温度維持のため粉コークスを吹き込むと共に、セットラ内の溶融マット上に溶融スラグの層厚を 500〜 600mmに保持しながら、該スラグ層厚の高さ方向中間部レベルに対応してセットラ外端部側壁に設けたスラグ抜き口から溶融スラグを炉外に排出することを特徴とする銅製錬自溶炉におけるスラグの管理方法。
【請求項２】
前記スラグ抜き口の口径を90〜 100mmとしたことを特徴とする請求項１記載の銅製錬自溶炉におけるスラグの管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自溶炉のシャフト頂部から銅精鉱、フラックスその他の装入物を酸素富化空気と共に吹き込んで溶解し、溶融マットおよび溶融スラグを産出する銅製錬自溶炉におけるスラグの管理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からシャフト、セットラ、およびアップテークからなる銅製錬自溶炉（以下、自溶炉という）では、シャフトの頂部から精鉱バーナを用いて硫化銅精鉱（以下、銅精鉱という）とフラックスおよびその他の装入物を酸素富化空気と共に吹き込む。炉内では、熱源の大半を占める銅精鉱の酸化反応熱に加えて一部補助燃料を用いて銅精鉱の溶解ならびに酸化を行い、銅、鉄および硫黄を主体とする溶体であるマットと、酸化鉄と硅酸を主体とした溶体であるスラグを産出する。
【０００３】
自溶炉でのセットラ内におけるスラグ層の厚さは一般に 200mm程度であり、アップテーク側の外端部側壁に設けたスラグ抜き口からオーバーフローまたはタッピングにより抜き出すため、スラグの排出は断続的になり、スラグの上層部、さらにはマット層まで抜き出すことになり、次のような問題点があった。
(1) スラグ上層は未溶解の鉱石（煙灰）の影響で、また、スラグ下層は銅品位の高いマット層の影響で、銅分を回収するために電気錬かん炉により処理するか、選鉱処理を行う必要があり、処理過程が煩雑でコスト高になる。
(2) スラグ抜き口から抜き出したスラグにマットが混入すると、スラグのみの場合に比べて抜き出しの停止処置がしにくいので、緊急に停止する必要がある場合にはマットを抜いてレベルを下げる必要がある。
(3) スラグの抜き出しが断続的なので、スラグ抜き出しの穴あけ作業が多く、その作業負荷が大きい。
【０００４】
一方、アップテークから排出する高温の排ガスはダストを伴っているため、廃熱ボイラにおいてダストトラブルを起こし自溶炉の操業度を低下させるという問題があった。
これらの問題に対処するため、アップテークを水冷ジャケット構造として排ガス温度を低下させてダストトラブルを防止すると共に、セットラに複数の電極を設置してアップテークから落下する付着ダストを電極の抵抗加熱によりセットラ内で溶解させ、同時にスラグの錬かんを行わせる自溶炉が登場した。セットラに電極を設置した自溶炉では、電極によってスラグの加熱が行えるので、スラグ層の厚さを通常の200mm 程度より厚くでき、スラグの滞留時間増による錬かん効果によって錬かん炉が不要となり、建設費および維持費が少ないというメリットを有する。
【０００５】
その後、補助燃料として用いられる重油の価格高騰に伴い、代替燃料として粉コークスへの燃料転換が進められ、 100％コークスを使用しての自溶炉の操業が行われるようになった。例えば、特開昭59-50132号公報には、銅製錬自溶炉での補助燃料として粉コークスを装入する操業方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開昭59-50132号公報のように、精鉱バーナから粉コークスを装入する場合には、炉内セットラの湯面には、シャフトで燃え残ったコークスが浮遊することになり、浮遊量がある一定量になるように制御すれば炉内のスラグを均一に加熱すると共に還元効果によりスラグ中の銅含有量を低下させる作用があり、セットラに設置した電極を撤去できる。
【０００７】
本発明は、セットラに複数の電極を設置し、錬かん炉を不要とした自溶炉において、シャフトから装入した粉コークスによって炉内温度を保持する操業とすれば、電極を撤去してもセットラ内の溶融スラグ層を厚く維持することが可能であり、またスラグ層中間域の銅品位が他の域に比べて低いことを見出して完成されたものであり、抜き出しスラグへのマット混入を防止すると共にスラグ層のうち銅品位の低い中間域からスラグを抜き出しすることでスラグへの銅ロス分の低減を達成し、併せて、スラグ抜き口の穴開けに伴う作業負荷を大幅に削減することも可能な銅製錬自溶炉でのスラグの管理方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する請求項１記載の本発明は、自溶炉のシャフト頂部から銅精鉱、フラックスその他の装入物を酸素富化空気と共に吹き込んで溶解し、溶融マットおよび溶融スラグを産出するに際し、上記シャフト内に操業温度維持のため粉コークスを吹き込むと共に、セットラ内の溶融マット上に溶融スラグの層厚を 500〜 600mmに保持しながら、該スラグ層厚の高さ方向中間部レベルに対応してセットラ外端部側壁に設けたスラグ抜き口から溶融スラグを炉外に排出することを特徴とする銅製錬自溶炉におけるスラグの管理方法である。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、前記スラグ抜き口の口径を90〜 100mmとしたことを特徴とする請求項１記載の銅製錬自溶炉におけるスラグの管理方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示すように本発明の自溶炉１は、円筒状のシャフト２、複数個の電極を天井部から撤去したセットラ３およびアップテイク４を備えている。シャフト２の頂部に設けた精鉱バーナ９から乾燥した粉状の銅精鉱、粉コークス、フラックスその他の装入物を酸素富化空気と共に吹き込んでいる。銅精鉱等の原料鉱石は、シャフト２内の高温雰囲気温度で自然点火され、原料鉱石中の硫黄、鉄の酸化反応熱によってシャフト２内を高温に保ち、原料鉱石が瞬時に酸化溶融され、セットラ３に溜められる。このとき珪酸分を主成分とするフラックスを適当量添加し、主組成がCu2S、FeS からなる溶融マット５およびFe、SiO2からなる溶融スラグ６が生成される。
【００１１】
電極を撤去したセットラ３内の溶融マット５上に存在する溶融スラグ６は、その層厚を少なくとも500mm に保持して製錬する。そして、溶融スラグ６のスラグ層厚の高さ方向中間部レベルに対応するセットラ３の外端部側壁にスラグ抜き口８を設け、セットラ３内に溜まった溶融スラグを炉外に排出する。
この場合、セットラ３内のマット上に存在する溶融スラグ６の層厚を 500mm以上に保持するのは、溶融スラグ層の層厚方向に銅品位の低いゾーンを形成させると共に、マットホール７から溶融マット５を炉外に排出した場合に溶融スラグ６の表面がスラグ抜き口８より低くならないようにするためである。この意味で溶融スラグ６の層厚を厚くすればスラグ抜き口８からのスラグのタッピングには有利であるが、溶融スラグ６の温度が低下し、これに伴って溶融マット５の温度も低下して炉況を悪化するようになる。したがって、スラグ抜き出し、自溶炉の安定操業の観点からすれば、 500〜 600mmのスラグ層厚とする。
【００１２】
ところで、セットラ３に設置した複数の電極による加熱を行うことなく、溶融スラグ６の層厚を 500mm以上に保持するためには、溶融スラグ６中にコークスを滞留させ保熱・昇温することが必要になる。精鉱バーナ９から供給された粉コークスの一部をシャフト２内で燃焼させ、原料鉱石の溶解に使用する他、残りのコークスを未燃焼のままセットラ３内の溶融スラグ６中に滞留させ、マグネタイト（Fe3O4 ）を還元し、スラグ中の銅含有量を低下させると共に、スラグ中に広く分布させ保熱・昇温することが重要になる。
【００１３】
そこで、例えば、自溶炉１が備えたシャフト２でのヒートバランス、酸素バランスから適合するマットの銅品位、コークス燃焼率の収束計算を行い、コークス燃焼率に基づいて得られたコークスフィード量を精鉱バーナ９にフィードバックし、セットラ３内の溶融スラグ６中に滞留するコークス量が一定になるようにシャフト２内に装入する粉コークス量を制御する。
【００１４】
シャフト２の直下付近のセットラ３内に溜まった溶融マット５や溶融スラグ６の温度は1200℃前後であり、溶融マット５は炉底部に配設された複数個（例えば、４個）のマットホール７から間欠的に炉外に排出される。また、アップテイク４側に配置され、溶融スラグ６の層厚500mm 位の高さ方向中間部レベルに対応するセットラ外端部側壁に設けた１個のスラグ抜き口８からは、溶融スラグ６が間欠的あるいは連続的に炉外に排出され、スラグ樋10を経由して水砕処理されることになる。
【００１５】
スラグ抜き口８の設置位置は、溶融スラグ６の層厚との関係にて定められが、層厚の高さ方向中間部レベルとすることが排出スラグ中への銅ロスを少なくする上から特に重要である。また、スラグ抜き口８の口径については、スラグ生成量と抜き出し量とのバランス上から90〜 100mmの範囲で決定する必要がある。
【００１６】
【実施例】
自溶炉１の操業中にセットラ３内の溶融スラグ６およびその下の溶融マット５の各層（100mm 単位）の一部をスラグ表面を基準にして深さ別にサンプリングし、それぞれ銅品位について分析した。その結果を表１に示す。なお、溶融スラグ６の層厚を 500mmとし、スラグ抜き口８をスラグ層厚の中間部レベルに対応するスラグ表面から 250mmの深さ位置に設けた。
【００１７】
【表１】
0003880731.tif 000002
【００１８】
表１に示すように、溶融スラグ６の層厚 500mmのうち、上端層（0 〜 100mm）の銅品位が0.87％、下端層（ 400〜 500mm）の銅品位が0.77％であるのに対し、スラグ抜き口８を設けた中間層（ 200〜 300mm）の銅品位は0.73％と最低値を示している。本発明では、溶融スラグ６の層厚を 500mm以上と厚くして、口径90mmφと小さい口径のスラグ抜き口８から溶融スラグ６を抜き出すようにしたので、スラグ層のうち、銅品位の高い上端層、下端層を抜くことなく、銅品位の低い中間層から常時、一定量を連続して抜き出すことができ、スラグ中への銅ロス低減とスラグの連続式タッピングとが実現できた。
【００１９】
なお、本発明をセットラから複数の電極を撤去した自溶炉に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、自溶炉を新設する場合は勿論のこと、従来、スラグ層の厚さを 200mm程度として間欠的タッピングによって溶融スラグを排出していた自溶炉にも、改造を行ってセットラ内に溶融スラグを 500mm以上の層厚でプールできるようにすれば適用可能となる。
【００２０】
また、スラグ抜き口の口径選定に止まらず、先端を水冷した栓棒をスラグホールに当て開口面積を調整することで、スラグの抜き出し量をさらにきめ細かく調整することもできるが、この場合、本発明ではマットを混入させることなくスラグのみの抜き出しであるが故に、栓棒の材質は安価な炭素鋼製としても十分な耐久性を確保することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、自溶炉のシャフト頂部から銅精鉱、フラックスその他の装入物を酸素富化空気と共に吹き込んで溶解し、溶融マットおよび溶融スラグを産出するに際し、上記シャフト内に操業温度維持のため粉コークスを吹き込むと共に、上記セットラ内の溶融マット上に溶融スラグの層厚を 500mm以上に保持しながら、該スラグ層厚の高さ方向中間部レベルに対応してセットラ外端部側壁に設けたスラグ抜き口から溶融スラグを炉外に排出する。
【００２２】
その結果、溶融スラグ層で銅品位の高い上端層、下端層からスラグを抜くことなく銅品位の低い中間層から抜き出すのでスラグ中への銅ロス低減が達成でき、さらに、排出される溶融スラグにはマットが混入しないので電気錬かん炉を介することなく水砕処理が可能であり、水蒸気爆発の危険性も全くない。
また、スラグ抜き口の口径を90〜 100mmに設定することでスラグの連続式タッピングが実現でき、スラグ樋の掃除やその他トラブル時を除き、常時、溶融スラグを流す状態となっているのでスラグ抜き口の穴開けに伴う作業負荷を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自溶炉を示す断面図である。
【符号の説明】
１  自溶炉
２  シャフト
３  セットラ
４  アップテイク
５  溶融マット
６  溶融スラグ
７  マットホール
８  スラグ抜き口
９  精鉱バーナ
10  スラグ樋
【図１】
0003880731.tif 000003