(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗銅を乾式精製するにあたって、酸化工程後の粗銅溶湯中に炭化水素系ガスを酸素含有ガスとともに吹込んで溶湯中の酸素を除去する還元処理方法において、
還元処理開始直前の溶湯温度を測定し、その溶湯温度に応じて溶湯中に吹込む炭化水素系ガスと酸素含有ガスとの流量比を、溶湯温度が低いほど酸素含有ガスの割合が高くなるように調整することを特徴とする、粗銅の乾式精製における還元処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の粗銅の乾式精製における還元処理方法において、
還元終了時の溶湯温度が目標最低出湯温度以上となるように炭化水素系ガスと酸素含有ガスとの流量比を調整する、粗銅の乾式精製における還元処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の粗銅の乾式精製における還元処理方法において、
還元処理中途において前記流量比を変化させる、粗銅の乾式精製における還元処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は粗銅の乾式精製方法に関するものであり、特に酸化工程後の還元処理工程において、還元剤としての炭化水素系ガスを空気などの酸素含有ガスとともに粗銅溶湯中に吹込んで還元する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に銅の製錬工程としては、種々の工程が実施されているが、その代表的なプロセスとしては、自溶炉において溶錬してマットをつくり、さらにそのマットを転炉で処理して銅含有量が９８．５％程度の粗銅を得、さらにその粗銅を精製して銅含有量９９．３％〜９９．５％程度に上昇させてからアノードに鋳込み、最終的に電解精製するプロセスがある。このようなプロセスのうち、転炉から得られた粗銅を精製する方法としては、一般には転炉から得られた粗銅溶湯を例えば円筒横型傾転方式の精製炉内に受入れ、その精製炉内において乾式精製を行なうことが多い。この場合の乾式精製の具体的方法としては、粗銅溶湯中に空気を吹込んで主としてＳを酸化除去（脱硫）するための酸化工程と、転炉から送られた粗銅中に存在していた酸素および酸化工程において溶湯中に吸収された０．８〜１．０％の酸素を除去（脱酸）するために還元剤を溶湯中に吹込むことにより０．１〜０．２％まで低減させる還元工程とからなるのが通常であり、後者の還元工程における還元剤としては、最近では石油系液化炭化水素ガス（ＬＰＧ）をクラッキング用の空気とともに吹込むことが多い。
【０００３】
ところで上述のような精製炉での還元工程終了後は、溶湯を精製炉から出湯させ、樋などを介して鋳造機へ溶湯を導き、電解精製用のアノードに鋳込むのが通常であり、したがって精製炉からの出湯温度は、鋳造機における鋳造最適温度に精製炉〜鋳造機間での温度降下量を見込んだ温度（以下これを“目標出湯温度”と記す）に出来るだけ近付けるか、あるいは鋳造機における許容最低鋳造温度に精製炉〜鋳造機間での温度降下量を見込んだ温度（以下これを“目標最低出湯温度”と記す）以上とする必要がある。ここで、目標出湯温度は、精製炉から鋳造機までの樋等の長さや構造、あるいは保温の程度などによって異なるが、一般には１１６０℃〜１１８０℃程度とされることが多く、したがって目標最低出湯温度は１１６０℃程度とされるのが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
粗銅の精製炉における還元開始直前の溶湯温度は、炉内の溶湯量や炉の構造、あるいは転炉からの注湯温度や酸化工程前の保温条件、酸化工程の処理条件などによって異なるが、一般には１１００〜１１３０℃程度であることが多い。一方還元工程においては炭化水素系ガスおよび空気の吹込みに伴なう発熱反応によって溶湯温度が上昇し、一般にその温度上昇量は５０℃程度とされている。したがって還元終了時の溶湯温度は１１６０〜１１８０℃程度となるのが通常であるが、実際には、還元開始直前の溶湯温度が１１００℃付近と低い場合には、工程条件のばらつきなどによって還元終了時の溶湯温度が目標最低出湯温度の１１６０℃を下廻り、１１５０℃程度となってしまうことも多い。
【０００５】
上述のように還元終了時の温度が目標最低出湯温度よりも低くなった場合、その低温の溶湯をそのまま精製炉から鋳造機へ向けて出湯すれば、樋や鋳造機において溶湯の粘度が上がったり部分的に凝固が開始されたりして、樋や鋳造機において溶湯の詰まりが生じてしまうことがある。そこで一般には還元終了時の温度を測定し、その温度が目標最低出湯温度に達していない場合は、還元終了後に重油バーナーを燃焼させて溶湯を加熱し、目標最低出湯温度以上となるまで溶湯温度を上昇させることが行なわれている。
【０００６】
しかしながら、このように還元終了後に重油バーナーにより溶湯を加熱する場合、その加熱に長時間を要し、生産性を阻害する問題がある。例えば３５０トンの溶湯を保有した円筒横型傾転方式の精製炉の場合、重油バーナーによって溶湯温度を１０℃上げるためには、約１時間もの長時間の加熱を要し、したがってその分生産性が阻害されてしまう。ちなみに、粗銅を３５０トン保有した精製炉における操業の１サイクルは、還元終了後に重油バーナーによる加熱を行なわない場合、一般に６時間（還元１．５時間＋鋳造４．５時間）程度であり、したがって溶湯温度を１０℃上げるための１時間の加熱は、生産性に重大な影響を与えることが明らかである。またこのように還元終了後に重油バーナーによる長時間の加熱を行なうことは、エネルギーコストの上昇も招く。さらに、前述のように還元終了後の重油バーナーによる加熱によって精製炉での１サイクルの時間が延長されれば、上流の転炉などでの処理工程にも影響を与え、生産計画に狂いを与えるばかりでなく、上流の工程でも溶湯の保温が必要となったりして、一層エネルギーコストの上昇を招いてしまうことがある。
【０００７】
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、還元開始直前の溶湯温度が低い場合でも、還元終了時の溶湯温度が確実かつ安定して目標最低出湯温度以上に確保されるようになし、これによって還元終了後に重油バーナー等による溶湯の加熱を行なうことを不要となし、ひいては生産性の低下の防止、エネルギーコストの上昇を防止することを目標とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、還元処理のために粗銅溶湯中に吹込む炭化水素系ガスと空気などの酸素含有ガスとの比率（流量比）が還元処理中における溶湯温度の上昇度合に影響を与えることに着目してさらに研究を重ねた結果、還元開始直前の溶湯温度を測定するとともに、溶銅中に吹込む炭化水素系ガスと酸素含有ガスとの流量比を、還元開始直前の溶湯温度に応じて変化させることにより、還元終了時の溶湯温度を目標最低出湯温度以上に安定して確保し得ることを見出し、この発明をなすに至った。
【０００９】
具体的には、請求項１の発明は、粗銅を乾式精製するにあたって、酸化工程後の粗銅溶湯中に炭化水素系ガスを酸素含有ガスとともに吹込んで溶湯中の酸素を除去する還元処理方法において、還元処理開始直前の溶湯温度を測定し、その溶湯温度に応じて溶湯中に吹込む炭化水素系ガスと酸素含有ガスとの流量比を、溶湯温度が低いほど酸素含有ガスの割合が高くなるように調整することを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１に記載の粗銅の乾式精製における還元処理方法において、還元終了時の溶湯温度が目標最低出湯温度以上となるように炭化水素系ガスと酸素含有ガスとの流量比を調整することを特徴とするものである。
【００１１】
さらに請求項３の発明は、請求項１に記載の粗銅の乾式精製における還元処理方法において、還元処理中途において前記流量比を変化させることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ずこの発明の還元処理方法を含む精製炉での粗銅の精製プロセスの全体について説明する。
【００１３】
精製炉、例えば円筒横型傾転方式の精製炉は、予め重油バーナーによって内部を予熱・保温しておく。そして前工程の転炉から出湯された粗銅の溶湯をレードル等を介して精製炉内に受入れる。この受入れ時においても重油バーナーによって精製炉内を加熱しておく。ここで、転炉の２炉分以上の粗銅溶湯を精製炉に順次受入れても良いことはもちろんである。なお一般には、精製炉に対する転炉からの粗銅溶湯の受入れ期間、あるいは受入れと受入れとの間の待機期間中も、精製炉内の粗銅溶湯を重油バーナーによって加熱・保温する。
【００１４】
上述のようにして転炉からの所定量の粗銅溶湯を精製炉内に受入れた後溶湯中のＳを溶湯中から酸化除去させるための酸化工程を実施する。この酸化工程は、一般には精製炉内の湯面下の羽口から空気等の気体酸化剤を吹込んで行なうのが通常であるが、この発明では特に限定されるものではない。なお酸化工程に先立っては、溶湯上に浮上している酸化鉄等の酸化物、すなわちいわゆる“からみ”を掻き出す“からみ掻き”を行なうのが通常である。また“からみ掻き”後の酸化工程中も、一般には保温のために重油バーナーを燃焼させて、溶湯を保温するのが通常である。
【００１５】
上述のようにして酸化工程を終了した後には、還元工程を実施する。この還元工程は、転炉から送られた粗銅中に存在していた酸素と酸化工程で溶湯中に吸収された酸素を除去（脱酸）するためのものであり、精製炉内の溶湯中に炭化水素系ガスを酸素含有ガスとともに湯面下の羽口から吹込むことによって行なわれる。ここで、炭化水素系ガスの代表的なものとしては、ブタン（Ｃ4 Ｈ10）を主成分とする石油系液化炭化水素ガス（ＬＰＧ）を気化させてなるものがあり、この発明の方法でもＬＰＧを用いることが一般的であるが、それに限られるものではなく、天然ガス等を用いても良いことはもちろんである。また酸素含有ガスとしては空気（エアー）が代表的であるが、その他酸素富化空気や酸素を多量に含有する任意のガス（もちろん酸素以外の成分が銅の溶湯に悪影響を与えないことが必要であるが）を用いても良い。
【００１６】
この還元工程において、酸素含有ガス（以下代表例として“空気”と記す）は、炭化水素系ガスを部分的に燃焼させてＣＯ，Ｈ2 ，ＣｍＨｎ（m≦４；n≦１０）に分解させ、脱酸速度を速めるためのものであり、空気が溶湯中に吹込まれる際には、その吹込空気中の酸素が次のように炭化水素系ガス（例えばＣ4 Ｈ10）と反応する。
【００１７】
Ｃ4 Ｈ10＋Ｏ2 →ＣＯ＋Ｈ2 ＋ＣｍＨｎ（m≦４；n≦１０）
【００１８】
この反応によってＣＯ，Ｈ2 ，ＣｍＨｎ（m≦４；n≦１０）が溶湯中の酸素を還元除去するに寄与する。そしてまた上記反応は部分燃焼反応であって、酸素量が多くなるほど発熱量は大きくなり、還元処理中における溶湯温度上昇量が大きくなる。そこでこの発明では、酸化工程終了後の還元工程開始直前（炭化水素系ガスおよび空気の吹込開始前）の溶湯温度を測定しておき、その溶湯温度に応じて炭化水素系ガスと空気との吹込流量比を調整する。具体的には、還元開始前の溶湯温度が低い場合には空気の比率を高くして、還元処理中の温度上昇量を大きくし、逆に還元開始前の溶湯温度が高い場合には空気の比率を低くして、還元処理中の温度上昇量を抑制し、これによって還元処理終了時における溶湯温度が目標出湯温度に近付くようにコントロールする。あるいは還元処理終了時における溶湯温度が目標最低出湯温度以上となるようにコントロールする。なおこの目標出湯温度とは、既に述べたように精製後の溶湯を鋳造機においてアノードに鋳込む際の最適鋳造温度に、精製炉から鋳造機までの間に見込まれる温度降下分を加えた温度であって、通常は１１６０〜１１８０℃程度であり、また目標最低出湯温度とは、前記鋳造機における許容最低鋳造温度に精製炉から鋳造機までの間に見込まれる温度降下分を加えた温度、したがって一般には１１６０℃程度である。
【００１９】
上述のように還元工程において還元開始前の溶湯温度に応じて溶湯中に吹込む炭化水素系ガスと空気との比率を調整することにより、還元終了時の溶湯温度を所定の温度（目標出湯温度、もしくは目標最低出湯温度以上）に確保することができるため、還元終了後に改めて重油バーナーなどによって溶湯を加熱することは不要となる。
【００２０】
以上のところにおいて、還元開始前に溶湯温度を測定するための具体的手段は任意であり、例えば消耗型熱電対を用いて行なえば良い。また測定された還元開始前の溶湯温度に応じての炭化水素系ガスと空気との流量比の調整は、溶湯温度測定結果に基き、作業者が手動操作により調整しても、あるいは予め定めたテーブルや関係式に基いて自動的に調整するようにしても良い。
【００２１】
さらに、炭化水素系ガスと空気との吹込み流量比は、還元工程の全期間中一定としておいても、あるいは還元工程の中途において変更しても良い。還元工程中途において吹込み流量比を変更する場合は、一般には還元開始から中途までは溶湯中の酸素の還元を重視して炭化水素系ガス／空気の流量比を大きく（したがって炭化水素系ガスの比率を大きく）し、還元期間の中途から還元終了までは溶湯の温度上昇を重視して前記流量比を小さく（したがって空気の比率を大きく）することが好ましい。もちろん場合によっては還元工程中に３段階以上に流量比を変更しても良い。
【００２２】
なお炭化水素系ガスは本来溶湯中の酸素の除去（脱酸）のために吹込むのであるから、炭化水素系ガスとともに吹込む空気の量は、炭化水素系ガスが完全燃焼して、ＣＯ２およびＨ２Ｏのみとなってしまわないように、炭化水素系ガスの理論空気燃焼量よりも少なければならない。具体的には吹込み空気量は理論空気燃焼量の５〜３０％程度の範囲内となるように定めることが望ましく、したがって還元開始前の溶湯温度に応じて炭化水素系ガスと空気との吹込み流量比を定めるにあたっても、炭化水素系ガスの成分組成に応じてその理論空気燃焼量の５〜３０％の範囲内の空気吹込量が得られるように定めることが望ましい。
【００２３】
【実施例】
円筒横型傾転タイプの４００トン精製炉を用いて、次のようにしてＣｕ純度約９８．５％の粗銅３５０トンの精製を行なった。すなわち、予め重油バーナーの燃焼により保温された精製炉に転炉からの１炉目の粗銅溶湯１８０トンを受入れた後、転炉からの２炉目の粗銅溶湯１８０トンを受入れた。なお粗銅量は後述するからみ掻きおよび還元により３５０トンとなる。ここで、１炉目受入れ前の重油バーナーによる保温時の重油燃焼量は１５０ｌ／ｈｒ、１炉目の受入れ時における重油バーナー加熱の重油燃焼量は２００ｌ／ｈｒ、その後の１炉目〜２炉目間および２炉目受入れ時における重油バーナー加熱の重油燃焼量は３００ｌ／ｈｒとした。前述のようにして転炉からの２炉目の粗銅溶湯を受入れた後、からみ掻きを行なってから、酸化処理工程として湯面下の羽口から空気を８００Ｎｍ3 ／ｈｒの流量で０．５〜２．０時間吹込んだ。酸化工程終了後、還元工程として、ブタンを主成分とする石油系液化炭化水素ガスを気化させてなるガス（ＬＰＧ）と空気を湯面下の羽口から吹込んだ。ここで、酸化工程終了直後すなわち還元開始前に、溶湯温度を消耗型熱電対により測定し、その溶湯温度に応じて表１に示すようにＬＰＧ吹込流量と空気吹込流量とを定めて、還元工程での吹込みを１．５時間行なった。そして還元工程終了時の溶湯温度を消耗型熱電対によって測定した。なお表１において、還元開始前溶湯温度１１２５℃〜１１１５℃の各例では、中途でＬＰＧ流量を変えて、ＬＰＧ／空気の流量比を変更した。一方還元開始前溶湯温度１１１０℃〜１１００℃の各例では、ＬＰＧ流量は一定とし、したがってＬＰＧ／空気の流量比を一定とした。
【００２４】
【表１】
0004217849.tif 000002
【００２５】
以上のような精製炉での操業を、合計７８チャージ行ない、還元開始直前の溶湯温度と還元終了時の溶湯温度との関係を調べたところ、図１に示す結果が得られた。また還元工程中の溶湯温度変化量（［還元終了後の溶湯温度］−［還元開始直前の溶湯温度］）を、還元開始直前の溶湯温度に対応して図２に示す。
【００２６】
図１、図２から明らかなように、還元開始直前の溶湯温度が低いほど、還元期間中における溶湯温度の上昇量は大きくなり、還元開始前溶湯温度が１１００℃と低い場合でも、目標最低出湯温度（一般には１１６０℃）以上を安定して確保できたことが明らかである。またいずれのチャージの場合も、還元終了後、直ちに出湯してアノード鋳造機へ導き、鋳造を行なったが、出湯後の樋等における溶湯の詰まりは生じないことが確認された。
【００２７】
なお参考のため、この発明の方法のような還元開始前溶湯温度に応じた還元工程における炭化水素系ガスと空気との流量比の調整を行なわない従来の一般的な方法における還元開始前溶湯温度と還元終了時溶湯温度との関係を図１中に２点鎖線で示す。この場合、還元期間中における溶湯温度の上昇量は、還元開始前の溶湯温度にかかわらず平均して５０℃程度であり、そのため還元開始前溶湯温度が１１００℃と低い場合には、還元終了時の温度が平均で１１５０℃となり、諸条件のばらつきなどによって１１６０℃を下廻ってしまうことがあることが明らかである。
【００２８】
【発明の効果】
この発明の粗銅の乾式精製における還元処理方法によれば、還元開始直前の溶湯温度を測定して、その溶湯温度に応じて溶湯中に吹込む炭化水素系ガスと空気等の酸素含有ガスとの流量比を、溶湯温度が低いほど酸素含有ガスの割合が大きくなるように調整することとしたため、還元開始直前の溶湯温度が低いほど還元処理中における溶湯温度の上昇量が大きくなり、そのため初期の溶湯温度が低い場合でも還元終了時の温度として、後工程のアノード鋳造に必要な許容最低鋳造温度にさらに精製炉から鋳造機までの温度降下分を見込んだ目標最低出湯温度以上の温度を常に安定して確保することができ、そのためたとえ初期温度が低い場合でも、還元終了後出湯までの間に重油バーナー等により溶湯を加熱して溶湯温度を上昇させる必要がなくなり、その結果生産性を従来よりも大幅に向上させることができるとともに、エネルギーコストの削減を図ることができ、さらには上流の各工程に悪影響を及ぼすこともない等、量産規模での実操業において優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例における還元開始直前の溶湯温度と還元終了時の溶湯温度との関係を示すグラフである。
【図２】この発明の実施例における還元処理期間中の溶湯温度上昇量を、還元開始直前の溶湯温度に対応して示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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