(57)【要約】【課題】  転炉内への混合ガスの酸素濃度を安定化させて羽口レンガの著しい消耗を抑制することが可能な転炉の操業方法を提供する。【解決手段】  遠心式送風機１１及び酸素製造装置２１のように互いに圧力の異なる供給源を有する空気供給系１０及び酸素ガス供給系２０を介して別々に供給される空気及び酸素ガスからなる混合ガスを羽口１ａから熔体に吹き込む転炉１の操業方法であって、所定流量の空気又は混合ガスが供給されるように空気供給系１０の流量を空気流量制御手段１３で調節した後、この調節された空気の供給量と好適には２１〜２４ｖｏｌ％程度の予め定めた混合ガス中の必要酸素濃度とに基づいて酸素ガスの必要供給量を算出し、この必要供給量となるように酸素ガス流量制御手段２３で酸素ガス供給系２０の流量を調節する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧力の異なる供給源を有する供給系を介して別々に供給される空気及び酸素ガスからなる混合ガスを羽口から熔体に吹き込む転炉の操業方法であって、所定流量の空気又は混合ガスが供給されるように前記空気の供給系の流量を調節した後、この調節された空気の供給量と予め定めた混合ガス中の必要酸素濃度とに基づいて酸素ガスの必要供給量を算出し、この必要供給量となるように前記酸素ガスの供給系の流量を調節することを特徴とする転炉の操業方法。
【請求項２】
前記混合ガス中の必要酸素濃度が２１〜２４ｖｏｌ％であることを特徴とする、請求項１に記載の転炉の操業方法。
【請求項３】
前記混合ガスの吹き込み量が、羽口１本あたり６００〜９００Ｎｍ３／ｈの範囲内にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の転炉の操業方法。
【請求項４】
前記空気の供給系と前記酸素ガスの供給系の合流部分が転炉の羽口より０.３ｍ以上上流側に位置することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属製錬において酸素を含んだガスを熔体に吹き込んで酸化処理を行う転炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属の乾式製錬では、熔融金属に空気や酸素を吹き込んで不純物を除去する精製処理が行われている。例えば乾式銅製錬では、先ず銅精鉱などの製錬原料を自熔炉などの熔錬炉で熔解した後、比重差によりスラグ及びこれより重いマット（銅や鉄の硫化物）に分離して別々に熔錬炉から抜き出し、スラグについては高圧水による水砕処理によってコンクリート向け細骨材などに使われる水砕スラグの生成を行う。一方、マットについてはレードルを用いて酸化処理を行う転炉に搬送し、炉口から転炉内に流し込む。この転炉には更に珪石などのフラックスが炉口から装入される。
【０００３】
転炉内では、上記装入したマット及びフラックスからなる熔体に対して、先端部が該熔体内に浸漬している羽口から空気や酸素ガスの吹き込みを行う。これによりマット中のＦｅＳを酸化処理して転炉スラグを生成すると共に、マット中の硫化銅（Ｃｕ２Ｓ）を白カワとして沈降させて転炉スラグから分離させる。このマットから転炉スラグを生成する工程は造かん期と称される。生成した転炉スラグは転炉を傾けて炉口から流し出し、熔錬炉に繰り返す。一方、転炉内に残存する白カワ（硫化銅）に対しては、羽口から再び空気や酸素ガスを吹き込むことにより酸化処理して粗銅を生成する。この硫化銅を粗銅にする工程は造銅期と称される。
【０００４】
上記のように造かん期や造銅期に吹き込まれる空気や酸素ガスに含まれる酸素分は、酸化剤として炉内の酸化反応に消費されるが、この酸化反応は発熱を伴うため、転炉に内張りされているレンガ、特に羽口近傍のいわゆる羽口レンガを顕著に消耗させることがあった。この対策として、特許文献１には銅転炉に装入する物量情報と羽口から吹き込む空気又は酸素富化空気中の酸素量とから熔体の温度を推測する転炉の操業方法が示されている。
【０００５】
また、特許文献２には銅転炉に空気を制御して吹き込むと共に所定の酸素濃度となるように窒素ガスを制御して吹き込む方法が提案されている。常温の窒素ガスは、大気中に含まれる窒素分と同様に炉内を冷却する働きがあるので、窒素ガスの供給量を調節することで銅転炉内の温度を適正な範囲内に抑えることができる。また、上記の空気の供給量と窒素ガスの供給量とを制御することに代えて、空気の供給量と酸素ガスの供給量とを制御する方法も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３６８００２４号公報
【特許文献２】特許４６８６６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１の方法は転炉内の熔体の平均的な温度を推測することはできても、羽口レンガ近傍の熔体の温度分布を把握するのは困難である。また、転炉では造かん期や造銅期が進むにつれて転炉内の鉄分の分布や熔体の温度分布等が変化して熔体の粘度が変動するので、特許文献２等のように空気の供給量と酸素又は窒素の供給量とを同時に制御して転炉に吹き込む場合は、これらの制御が不安定になることがあった。
【０００８】
すなわち、一般に転炉に吹き込む空気は遠心式送風機で昇圧した大気を流量制御しながら供給するのに対して、酸素ガスは酸素製造装置で製造した液体酸素や気体酸素を加圧状態で貯蔵する酸素貯蔵容器内の酸素ガスを流量制御しながら供給するため、転炉内の熔体の粘度が高くなって吹き込みに要する圧力が高くなると、送風機の吐出圧が不足ぎみになって空気の供給系と酸素ガスの供給系の圧力バランスが不安定になることがあった。本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、空気と酸素ガスとからなる混合ガスの吹き込みを行う転炉において、当該混合ガスの酸素濃度を安定化させて羽口レンガの著しい消耗を抑制することが可能な転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】
【０００９】
銅転炉内の精製処理では酸素分の供給量が律速となるため、本発明者らは空気と酸素ガスとの混合ガスを転炉に供給する際、酸素ガス流量の時間的なばらつきや混合ガス中の酸素濃度の時間的なばらつきを抑制することによって、羽口レンガの寿命を延ばすことを考えた。この場合、酸素ガスの流量だけを調節するのであれば、酸素ガスの供給系が有する流量調節弁の開度を調節するだけでよいので比較的容易である。しかし、混合ガス中の酸素濃度を調節する場合は、調節した酸素ガスの流量にあわせて空気の流量を調節することが必要になるため、容易ではない。
【００１０】
その主な理由としては、以下の２点が考えられる。１点目は、転炉内では羽口レンガに悪影響を及ぼしにくい適正な温度を維持するための混合ガス中の酸素濃度は２０〜３０ｖｏｌ％程度であることが多いが、空気中には酸素が約２１ｖｏｌ％含まれているので、空気の流量を多少変動させた程度では混合ガス中の酸素濃度を感度よく変化させることができないことによるものである。２点目は、前述したように酸素ガスは高圧のガス供給源から供給されるのに対して、空気のガス供給源である一般的な遠心式送風機の吐出圧は性能曲線上の制限があるので、転炉内への吹き込みに要する圧力が高くなると酸素ガスに合わせて空気の供給圧を高めることが困難になることによるものである。
【００１１】
このような状況の下、本発明者らは空気と酸素ガスとからなる混合ガスの酸素濃度を安定化させる方法について鋭意検討を重ねた結果、当該混合ガスを用いる転炉の操業において重要と考えられていた酸素ガスの流量制御を空気の流量制御よりも優先させるのではなく、空気の流量制御を酸素ガスの流量制御よりも優先させることにより意外にも混合ガス中の酸素濃度を安定的に制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の銅製錬方法は、互いに圧力の異なる供給源を有する供給系を介して別々に供給される空気及び酸素ガスを混合してなる混合ガスを羽口から熔体に吹き込む転炉の操業方法であって、前記空気の供給系において制御された空気の供給量と予め定めた混合ガス中の必要酸素濃度とに基づいて酸素ガスの必要供給量を算出し、この必要供給量となるように前記酸素ガスの供給系の流量を制御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、転炉内の熔体の物性が変動しても酸素濃度の安定した混合ガスを供給することができるので、羽口レンガの著しい消耗を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の転炉の操業方法を実施可能な制御系の一例を示す概略のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、造かん期や造銅期において、空気及び酸素ガスからなる混合ガスを銅転炉内の熔体に羽口から吹き込んで銅の精製を行う際、混合ガス又は空気の供給量を調節しながら空気の供給量と酸素ガスの供給量の比率を保つことによって、当該混合ガスの酸素濃度が予め定められた目標値になるように操業するものである。以下、かかる本発明の転炉の操作方法の一具体例として、空気の供給量を調節しながら空気と酸素ガスの比率を保つ場合を例にあげて説明する。
【００１６】
空気と酸素ガスとの混合ガスが吹き込まれる銅転炉においては、造かん期や造銅期における理想の操業状態は、吹き込まれる混合ガス中の酸素濃度がその目標値に一致し、且つ混合ガスの供給量もその目標値に一致している状態である。この理想の状態から外れた場合にとりうる措置としては、次の操作が考えられる。すなわち、混合ガス中の酸素濃度が目標値を下回る場合は、酸素ガスの供給量を増加させるか、空気の供給量を減少させる操作を行う。混合ガス中の酸素濃度が目標値を上回る場合はこの逆の操作になる。また、混合ガスの供給量が目標値を下回る場合は、酸素ガス及び空気の供給量をそれらの比率を変えずに増加させる操作を行う。混合ガスの供給量が目標値を上回る場合はこの逆の操作になる。
【００１７】
しかしながら、銅転炉の羽口から熔体に吹き込む混合ガスを構成する空気及び酸素ガスが、互いに圧力の異なる供給源を有する供給系を介して別々に供給される場合、すなわち前述したように空気の供給系が供給源として遠心式送風機で昇圧した大気を用いるのに対して酸素ガスの供給系が供給源として酸素製造装置で製造した高圧の酸素ガスを用いる場合は、これら両ガス供給系の圧力バランスが不安定になって転炉の温度を安定的に制御するのが困難になることがあった。
【００１８】
そこで、本発明の一具体例の転炉の操業方法においては、図１に示すように、転炉１の羽口１ａに空気供給系１０及び酸素ガス供給系２０のそれぞれから供給される空気及び酸素ガスを混合して吹き込みを行う場合、遠心式送風機１１をガス供給源とする空気供給系１０では、所定流量の空気が供給されるように空気配管１２に設けた空気流量制御手段１３で空気の供給量を制御し、この制御された空気の供給量と予め定めた混合ガス中の必要酸素濃度とに基づいて演算手段１４で酸素ガスの必要供給量を算出する。そして、この算出した必要供給量となるように、酸素製造装置２１をガス供給源とする酸素ガス供給系２０の酸素配管２２に設けた酸素ガス流量制御手段２３で酸素ガスの流量を制御する。この制御−算出−制御は、繰り返し行うことができる。
【００１９】
このように、本発明一具体例の操業方法では、混合ガス中の酸素濃度を調節するための操作量として空気の供給量ではなく酸素ガスの供給量を用いているため、転炉内の熔体の物性が変動しても、当該酸素濃度を容易に調節できる。上記の空気流量制御手段１３で設定する空気量は、例えば銅精鉱などの製錬原料の装入量やバッチで操作される転炉の運転時間等によって予め定められる。また、上記の必要酸素濃度は例えば上記の製錬原料の組成や転炉内の温度から定められる。
【００２０】
より具体的に説明すると、例えば転炉１内の熔体の粘度が上昇して羽口１ａへの吹き込みに要する圧力が上昇すると、空気の供給配管１２に設けられている空気流量制御手段１３では、流量を一定に維持すべく流量調節弁１３ａの開度を開く方向に調整されるが、この開度がほぼ全開になって流量を一定に維持するのが困難になると、送風機１１では吐出側圧力が高くなるため性能曲線に沿って風量が徐々に低下する。空気流量制御手段１３からこの低下した空気量の信号を入力した演算手段１４は、この低下した空気量Ａ[Ｎｍ３／ｈ]と予め定められた混合ガス中の必要酸素濃度Ｃ[ｖｏｌ％]に基づいて下記の式１から酸素ガス供給量Ｏ[Ｎｍ３／ｈ]を演算する。
【００２１】
[式１]
Ｏ＝｛（Ｃ−２１）／（１００−Ｃ）｝・Ａ
【００２２】
演算手段１４からこの酸素ガス供給量Ｏの信号を入力した酸素ガス流量制御手段２３は、この酸素ガス供給量Ｏとなるように流量調節弁２３ａの開度を閉じる方向に調整する。これにより、混合ガス中の酸素濃度を上記した必要酸素濃度Ｃにすることが可能になる。転炉１内の熔体の粘度が低下する場合は上記とは逆の操作になる。
【００２３】
このように、本発明の転炉の操業方法では、転炉内の熔体の物性が変動しても混合ガス中の酸素濃度を安定的に制御することが可能になる。この場合、空気の供給量を酸素の供給量に基づいて制御するものではないので、空気の流量不足による混合ガス中の酸素濃度が大きくオーバーシュートしにくくなる。これにより、混合ガス中の酸素濃度を目標値にほぼ一定に保つことができるので、転炉内の発熱量を安定させて熔体の温度変化を抑制することができる。よって、羽口レンガの過度の加熱が抑えられ、羽口レンガの寿命を延ばすことが可能になる。
【００２４】
上記混合ガス中の酸素濃度の目標値（必要酸素濃度Ｃ）は、２１〜２４ｖｏｌ％の範囲に制御するのが好ましい。大気中には酸素が約２１ｖｏｌ％含まれているので、混合ガス中の酸素濃度の目標値の下限値は２１ｖｏｌ％となる。一方、酸素濃度の目標値の上限を２４ｖｏｌ％とすることで羽口レンガの交換頻度を転炉の前または後工程の操業に支障のない程度に抑えることができる。
【００２５】
転炉の熔体内への混合ガスの吹き込み量は、羽口１本あたり６００〜９００Ｎｍ３／ｈの範囲内にするのが好ましい。６００Ｎｍ３／ｈ以上であれば、混合ガスが熔体内で実質的に拡散する位置を羽口レンガに悪影響を及ぼさない程度に羽口から離間させることができるので、羽口レンガの寿命をより一層延ばすことができる。また、６００Ｎｍ３／ｈ以上にすることで混合ガスの吹き込みによる熔体の撹拌混合効果が期待できる。ただし、９００Ｎｍ３／ｈを超えると、熔体の飛散のおそれがあるので好ましくない。
【００２６】
上記の混合ガスの吹き込み量の基準となる羽口管の内径は、好適には４０〜６０ｍｍであり、より好適には４５〜５０ｍｍである。なお、羽口管の内径が４０〜６０ｍｍ程度であれば、固化した熔体が管内壁に固着して徐々に管内を狭窄又は閉塞しても容易に打開することができ、上記した混合ガスの供給量を適切に維持できる。
【００２７】
上記した空気の供給配管と酸素ガスの供給配管との合流部は、転炉の羽口から０.３ｍ以上の上流側に位置しているのが好ましい。これにより当該合流部よりも下流側の配管内で空気と酸素ガスとを適度に混合させることができ、均一な酸素濃度を有する混合ガスを羽口から熔体内に吹き込むことができる。
【００２８】
以上、本発明の転炉の操業方法について一具体例を挙げて説明したが、本発明はかかる一具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施することが可能である。例えば、空気の供給量の制御は、上記した一般的な流量調節弁を用いた制御のほか、送風機の回転数、ダンパーの角度、可変翼の翼角度等を変化させることによって制御してもよい。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
転炉を用いて、自熔炉から産出するマットに珪石を加えてなる熔体に対して空気と酸素の混合ガス（供給ガス）を吹き込んで処理する銅製錬を１０バッチ行った。１バッチはマット等を装入してから、造かん期と造銅期の処理を行い、粗銅を排出して転炉が空になるまでである。転炉への供給ガスは、羽口１本あたり供給量の目標値を６００Ｎｍ３／ｈに、酸素濃度の目標値を、造かん期では２４％に、造銅期では２１％にした。供給ガスの制御方法は、まず、羽口１本あたり供給ガス供給量が目標値になるように空気の流量を調節したあと、実際の供給量を測定し、この供給量と酸素濃度の目標値とから酸素ガスの必要供給量を算出し、この必要供給量となるように酸素ガスの流量を調節するというものである。
【００３０】
羽口のすぐ上流位置で、実際の酸素濃度を１バッチあたり４回（造かん期の前半、造かん期の後半、造銅期の前半、造銅期の後半）、合計４０回測定したところ、いずれも目標値の±０.１％以内に収まった。羽口レンガの長さを１０バッチの前後で比較したところ、１３ｍｍの損耗がみられた。
【００３１】
（実施例２）
羽口１本あたり供給量の目標値を９００Ｎｍ３／ｈとしたこと以外は実施例１と同様にして操業した。実施例１と同様に測定した実際の酸素濃度では、いずれも目標値の±０.１％以内に収まった。羽口レンガの長さを１０バッチの前後で比較したところ、１３ｍｍの損耗がみられた。
【００３２】
（比較例１）
供給ガスの制御方法を次のようにしたこと以外は実施例１と同様にして操業した。供給ガスの制御方法は、まず、羽口１本あたり供給ガス供給量が目標値になるように酸素ガスの流量を調節したあと、実際の供給量を測定し、この供給量と酸素濃度の目標値とから空気の必要供給量を算出し、この必要供給量となるように空気の流量を調節するというものである。実施例１と同様に測定した実際の酸素濃度では、造かん期の測定の１０回において目標値の±０.１％の範囲を外れた。羽口レンガの長さを１０バッチの前後で比較したところ、１５ｍｍの損耗がみられた。
【００３３】
（比較例２）
羽口１本あたり供給量の目標値を９００Ｎｍ３／ｈとしたこと以外は比較例１と同様にして操業した。実施例１と同様に測定した実際の酸素濃度では、造かん期の測定のすべてにおいて目標値の±０.１％の範囲を外れた。羽口レンガの長さを１０バッチの前後で比較したところ、１９ｍｍの損耗がみられた。
【符号の説明】
【００３４】
１      転炉
１ａ    羽口
１０    空気供給系
１１    遠心式送風機
１２    空気配管
１３    空気流量制御手段
１４    演算手段
２０    酸素ガス供給系
２１    酸素製造装置
２２    酸素配管
２３    酸素ガス流量制御手段
【図１】
2017171961.tif 000003