(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉内のCu2S、FeS を主体としたマットに珪酸鉱を投入し、炉体の側面下部に配設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んで主としてFe分を除去する造かん期に冷剤を投入する銅転炉の操業方法において、前記転炉の炉体補修後からの操業が所定操業回数に達するまでは、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤を多く設定し、該所定操業回数の経過以降は第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤の投入量を段階的に減らすことを特徴とする銅転炉の操業方法。
【請求項２】
前記転炉炉体の煉瓦補修後からの所定操業回数を 100回とし、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤の各々の設定投入量を操業回数１〜50回までと、51〜100 回までとに段階的に分けて減少させることを特徴とする請求項１記載の銅転炉の操業方法。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉内のCu2S、FeS を主体としたマットに珪酸鉱を投入し、炉体の側面下部に配設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んで主としてFe分を除去する造かん期に、冷剤を投入して羽口煉瓦の損耗を軽減する銅転炉の操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
銅製錬で用いられる転炉では、自溶炉等の溶錬炉で産出されたCuS2、FeS を主体としたマットに炉体の側面下方に配設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み、Fe、Ｓを除去し、銅品位98〜99％程度の粗銅に仕上げる。銅転炉は、一般にピアース・スミス式転炉（以下、ＰＳ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ことができる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、前工程の溶錬炉から各バッチに必要な量のマットが取鍋で送られてくるが、転炉内に装入された１バッチ分のマットの吹精にも造かん期、造銅期という２種類の製錬ステージがある。造かん期は、マット中の鉄と硫黄の酸化除去を行う工程であり、酸化された硫黄はSO2 ガスとして排ガス中に除去され、酸化鉄FeO は融点が高いのでSiO2を主成分とする珪酸鉱を炉内に装入してSiO2と結合させ、低融点のスラグを生成させて第１造かん期の終了後に炉外に除去する。
【０００４】
第１造かん期の終了後にスラグを炉外に排出すると炉内の溶体量が減少するので、その後追加のマットを炉内に装入し、第２造かん期が行われる。特に、溶錬炉で産出されたマットの銅品位が60％程度の場合は、従来から２回の造かん期の実施が一般的である。造かん期を終了してスラグを炉外に排出した溶体は白かわと呼ばれ、銅品位は75％前後であり、若干残った鉄を除いては全てCu2Sである。造かん期の終了後に造銅期に入り、ここでは、Cu2Sの硫黄分を酸化除去し、最終的に銅品位98〜99％程度の粗銅に仕上げる。
【０００５】
銅転炉の操業においては、造かん期および造銅期いずれも酸化発熱反応であるために溶体の温度が必要以上に上昇するので、炉内の溶体中に冷剤を装入して熱バランスを取るようにしている。造かん期では、取鍋内のマットを装入した後に、取鍋に付着したマットが凝固したいわゆる固ヒを粗砕した冷剤が一般的に使われている。一方、造銅期では、鉄を除去した後の銅品位を高くしたマットなので電線クズ、アノードスクラップ等の銅品位の高い冷剤を使用している。
【０００６】
羽口からの送風中、固ヒ冷剤は珪酸鉱と同様、ベルトコンベヤ等で転炉の上部まで搬送され、装入シュートにより排ガスフード近傍から転炉の炉口を介して炉内に装入される。冷剤の装入量については、装入マット量およびマット品位に応じて定まる一定量に決定するが、これだけでは、以下に示すような問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＳ転炉では羽口煉瓦の損耗が最も大きく、この煉瓦がある厚みまで薄くなったところで炉体補修（以下、炉修という）を実施する。その間の操業回数（バッチ数）は製錬所によって異なるが、少ない例では200 回前後、多い場合には300 回を超える例もある。なお、一般的に酸素富化操業を行うと、空気吹込み操業に比較して炉体補修までの操業回数は短くなる傾向にある。
【０００８】
造かん期に装入する冷剤の装入量は、基本的には前記従来の方法で決定できるが、実際には転炉の操業回数によって羽口煉瓦の状態が変化し、炉修実施後では羽口からの吹き込み送風は羽口煉瓦が長いために水平方向に吹き込めるが、操業回数を重ね羽口煉瓦が損耗して短くなると水平方向より上方に送風空気が逃げやすくなるので炉口から溶体を吹き上げる可能性が高くなるため、送風量自体を炉修実施後より抑える必要がある。その結果、炉修後における操業回数が少ない間は熱過剰となり易く、煉瓦損耗を早める結果となっていた。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題点を解消し、転炉炉体の煉瓦補修後の羽口から吹き込まれる送風空気がよく入り、熱過剰となり易い転炉操業回数の少ない初期段階での羽口煉瓦の損耗を低減することができる銅転炉の操業方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項１記載の本発明は、転炉内のCu2S、FeS を主体としたマットに珪酸鉱を投入し、炉体の側面下部に配設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んで主としてFe分を除去する造かん期に冷剤を投入する銅転炉の操業方法において、前記転炉の炉体補修後からの操業が所定操業回数に達するまでは、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤を多く設定し、該所定操業回数の経過以降は第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤の投入量を段階的に減らすことを特徴とする銅転炉の操業方法である。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、前記転炉炉体の煉瓦補修後からの所定操業回数を 100回とし、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤の各々の設定投入量を操業回数１〜50回までと、51〜100 回までとに段階的に分けて減少させることを特徴とする請求項１記載の銅転炉の操業方法である。  
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
自溶炉で産出されたCu2S、FeS を主体とした溶融マット（Cu：63％、Fe：12％、Ｓ：20％）を、円筒横型ピアース・スミス（ＰＳ）式の転炉（全長 13850mm、直径 3960mm 、マット処理量 220 t/ バッチ）に装入して吹精する場合について説明する。
【００１３】
図１に示すように、取鍋によって運ばれたマットは、転炉炉体１の炉口３から炉内に装入される。直ちに送風しつつ転炉炉体１を起こし（炉を回転させて溶体レベルより上の位置にある羽口を溶体中に浸漬すること）、炉内に装入されている１バッチのマット６中に、第１造かん期では転炉１の側面下方に配設した多数の羽口２から酸素富化空気（Ｏ2:約25％）を吹き込む。次にSiO2を主成分とする珪酸鉱を炉内に装入してマット中の鉄と硫黄の酸化を行う。
【００１４】
第１造かん期で生成したスラグ７は炉外に排出されるが、スラグ７が取り除かれると炉内の溶体が減少するので、その後、追加マットを炉内に装入し、第２造かん期が行われる。第２造かん期にも同様に羽口２からマット６中に酸素富化空気を吹き込むと共に珪酸鉱を炉内に装入してマット６中の鉄と硫黄の酸化が行われる。第２造かん期で生成した酸化鉄とSiO2を結合させたスラグ７を炉外に取り出し、銅品位75％程度の白かわとなし、次の造銅期に入る。
【００１５】
造かん期に溶体温度が必要以上に上昇するのを抑制するため、従来は、排ガスフード４に設けた投入シュート５から炉口３を介して第１造かん期、第２造かん期に、それぞれで定めた一定量の冷剤を投入し、熱バランスを取っていたが前述のような問題点があった。
そこで、本発明では、転炉炉体１の煉瓦等を補修後からの操業が所定操業回数に達するまでは、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入する冷剤を多く設定する。そして、この所定操業回数を経過以降は第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤の投入量を段階的に減らすものである。
【００１６】
このような冷剤投入量の設定は、炉体補修後の羽口煉瓦が新しいため厚みが大きいときには、羽口２から吹き込まれる送風が炉の水平方向にスムーズに炉内に入るので、炉内における溶体の湯まわりがよくなるので送風空気を多く入れることができ、その結果、羽口煉瓦への熱負荷が高く煉瓦の損耗が早くなる。そこで、転炉炉体１の補修後からの操業回数が少ない間は、冷剤の投入量を多くする。その後、羽口煉瓦の損耗が進むにつれて羽口煉瓦の長さが短くなり、ラッパ状に開くので送風空気が炉内で上方に逃げやすくなり、炉口からの溶体の吹上げが発生するので送風量を抑える。その結果、熱負荷は低くなり、羽口煉瓦の損耗速度が次第に遅くなるので、冷剤の投入を羽口煉瓦の損耗に応じて段階的に減少する投入量に設定する。
【００１７】
さらに、転炉操業が所定操業回数を経過した以降は、羽口２の近傍に形成されるマグネタイト等に起因するコーティング層が安定し、羽口煉瓦の損耗速度が一定化して落ちつくので、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤を各々に適した一定の投入量に設定することで羽口煉瓦の損耗が抑制できるのである。
【００１９】
表１に、マットの銅品位：62％、マット量： 200ｔの場合における１バッチ分での冷剤投入量の具体的設定例を示した。表１に示されるように、冷剤の投入は、羽口煉瓦の損耗に応じて段階的に減少して設定されるので、羽口煉瓦の熱負荷の軽減が達成される。そして、転炉操業が所定操業回数を経過してからは羽口煉瓦の損耗速度が遅くなるので、従来と同じ程度の冷剤の設定投入量に戻し、第１造かん期に固ヒ冷剤を17t/回装入し、第２造かん期に3.5t/ 回装入する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図３に本発明の適用前後における転炉操業回数と羽口煉瓦の炉壁厚み方向長さとの関係を示した。図３から明らかなように、転炉操業回数の増加と共に羽口煉瓦の長さは短くなるが、転炉操業回数に関係なく一定量の冷剤を投入する適用前に比較して、適用後は炉体補修後からの操業回数が所定操業回数の 100回に達するまで表１に示すように羽口煉瓦の損耗に応じて冷剤投入量を段階的に減少させているので羽口煉瓦を長期にわたり長く維持することができる。
【００２２】
また、適用前での最終使用回数が 200回前後であったものが、適用後では 300回前後まで増やすことが可能となった。
第２造かん期に生成した溶融スラグを炉外に取り出した後の炉内には、主としてCu2Sからなる白かわが存在するので、従来と同様に、転炉９の羽口10から空気を吹き込んで吹精する造銅期に入り、白かわに残っているＳ分をSO2 として排ガス中に除去し、銅分98〜99％程度の粗銅を製造するものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば転炉の炉修後からの操業が所定操業回数に達するまでは、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤を多く設定するので、熱過剰による煉瓦の損耗が軽減される。前記所定操業回数を経過した以降は羽口煉瓦の損耗速度が次第に遅くなるので、第１造かん期および第２造かん期に炉内に投入される冷剤の投入量を段階的に減らす。その結果、転炉寿命を大幅に延長することができ、次回の炉修までの操業回数を従来に比べて大幅に増加することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明および従来に係る転炉を示す側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向を示す断面図である。
【図３】転炉操業回数と羽口煉瓦の炉壁厚み方向長さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  転炉炉体
２  羽口
３  炉口
４  排ガスフード
５  装入シュート
６  マット
７  スラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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