JP4422305B2

JP4422305B2 - Operation method of copper smelting furnace and blower lance used therefor

Info

Publication number: JP4422305B2
Application number: JP2000226650A
Authority: JP
Inventors: 祐史郎平井
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JP2002038223A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自溶炉等の溶錬炉において産出されたCu品位５０〜７０％の溶融マットをCu品位９６〜９９％の粗銅に吹錬する銅製錬炉の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅製錬では、自溶炉等において産出されたCu品位５０〜７０％の溶融マットをCu品位９６〜９９％の粗銅に製錬する炉として、PS転炉が広く使用されている。操業はバッチ操業であり、構造は図４に示す如く円筒回転炉である。マット中のＳ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｚｎ等の不純物を酸化除去するための酸素（空気）を溶湯内へ吹込むための送風羽口を備えている。また、マット装入、反応排ガス排出、粗銅排出のための開口部を設けている。
【０００３】
PS転炉は、バッチ操業であることから、操業管理が容易である。また、溶湯内に空気を吹込み溶湯が攪拌されることから、銅、貴金属を含有する種々雑多な成分、形状のリサイクル原料を効率的に溶融処理できる利点があり、これら金属のリサイクルに大きく貢献している。
一方、炉体の側部に設けた羽口から溶湯内に空気を吹き込む構造であるため、送風を行っていない場合は、溶湯の羽口への逆流を防止するため、炉を回転し、羽口を溶湯面の上に位置しなければならない。
このため、反応によって発生するガスを導く排ガス道と炉体の接続部は、摺動可能な方式となっており、密閉構造ではなく、ガス漏洩又はフリーエア侵入の原因となっている。
【０００４】
また、送風は、耐火煉瓦に設けた羽口を経由して溶湯に吹き込まれる。羽口近傍では、酸化に依る発熱反応と溶湯の攪拌がおこり、この羽口煉瓦が損傷する。通常この羽口煉瓦の損傷によって転炉の耐用限界となり、炉全体の煉瓦を更新しなければならないと言う問題がある。また、羽口は送風中に、Fe3O4を主成分とする凝固物の成長を主原因として、閉塞する事がある。羽口閉塞は送風を阻害し、炉の操業効率を悪化させる。従って、これを回避するために、鉄製ロッドによる羽口開口操作を行わなければならない欠点がある。
【０００５】
羽口を有しない銅製錬炉としては、三菱マテリアル（株）が開発したＭＩ法のC炉がある。この方式は、固定の製錬炉において、溶湯上面（浸漬していない。）から、ランスで空気・酸素を溶湯に吹込み、不純物を酸化除去する方法である。MI法は、マットを連続的に装入し連続的に粗銅を生産できる、また、固定炉であるので排ガス道との密着を完全に行える等の利点がある。
一方、バッチ方式であるPS転炉と比較すると、この炉はマットを連続的に装入しているため酸素ポテンシャルが低く、粗銅中のＰｂが０．２〜０．４％（ＰＳ転炉では、約０．０３％程度）と高い。このため、Ｐｂ含有量の多い原料処理が制限されている。また、粗銅中のSが０．５〜０．７％（ＰＳ転炉では、約０．０３％程度）と高く、後工程の精製炉でのS除去負荷が大きくなっている。
【０００６】
PS転炉と同様のバッチ操業を、MI法と同様の上吹きランスで行った場合、溶湯のマット→白カワ→粗銅の進展に従い、湯面のＦｅ_３Ｏ_４が増加し、粘性が増加する。このため、ランス先端の鋳付き成長による送風流の乱れ、送風流の溶湯への侵入の阻害による酸素反応効率の悪化、等の問題を生ずる。このため、
従来、PS転炉と同様のバッチ操業を固定炉方式で行う製錬炉は開発されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の欠点のない銅製錬炉を構築するためには、 PS転炉と同様に溶湯内に浸漬できる機構の羽口をそなえ、かつ送風中の羽口閉塞が発生しない「浸漬ランス」を開発できれば良い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
PS転炉では羽口先端にFe3O4を主体とする凝固物が成長し、羽口が閉塞するため、炉体外から鉄製ロッドでこの凝固物を突き落としている。
しかし、本発明者が考案した「浸漬ランス」ではロッドでの突き落としは不可能である。そこで、凝固物が羽口を閉塞しないような羽口条件・送風条件の設定が必要となる。
【０００９】
本発明者は、種々検討の結果以下の発明を提供する。
（１）溶錬炉から産出されたCu品位５０〜７０％の溶融状態のマットをCu品位９６〜９９％の粗銅に吹錬する炉において、マットに浸漬され、炉壁から独立した構造を持つ耐火物に設置された、内径１０〜３０ｍｍ、角度
下向き４〜３５°の羽口から酸素濃度１８〜６０％の送風を羽口先端風速３００〜７００Nm/secで溶湯中に吹込むことを特徴とする銅製錬炉の操業方法。
（２）上記（１）において、該羽口湯深を２００〜５００ｍｍとする銅製錬炉の操業方法。
（３）溶湯に浸漬された直径３００〜６００ｍｍの円柱状の耐火物に設置された、内径１０〜３０ｍｍ、角度
下向き４〜３５°の羽口から酸素濃度１８〜６０％の送風を羽口先端風速３００〜７００Nm/secで溶湯中に吹込む銅製錬炉用の送風ランス。

以上
【００１０】
【作用】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明に用いる炉は、定置炉である。ただ、PS転炉のような回転炉であっても、ランス装入機構を設置すれば、本発明に適用できることは言うまでもない。
【００１１】
本発明の対象処理物は、銅品位が５０〜７０％の溶融状態のマットである。該マットは、自溶炉等により処理された硫化銅を主体とした組成物である。
他の成分としては、Ｓが１８〜２３％、Ｆｅが８〜３０％等である。
【００１２】
該ランスは、マットに酸素を吹き込み、酸化製錬をする工程で使用される。吹込み酸素濃度は、１８〜６０％である。ただ、６０％より高い酸素濃度では反応において問題は無いが、コスト、耐火物損傷で望ましいものでない。
また１８％より低くては、処理速度が遅くなり望ましくない。ただ空気の酸素濃度２０．８％より低くする場合として、造銅期に溶湯が高温に成った場合の対策としてＮ_２ガスを冷剤として、使用するため希釈される場合もある。
【００１３】
溶湯中への吹込みは、羽口先端風速３００〜７００Ｎｍ／ｓｅｃで行う。
下限を３００Ｎｍ／ｓｅｃとしたのは、これ以下では、羽口先端の凝固物により羽口が閉塞する恐れが大きいためである。上限を７００Ｎｍ／ｓｅｃとするのは、余りに速いと送風圧の上昇によりコスト増加、スプラッシュ増加等の問題があるからである。
【００１４】
吹き込み用のランスは、図１のごとくマットに浸漬され、外径は、３００〜６００ｍｍの円柱状の耐火物製である。円柱状とするのは、熱応力、熱伝達がより均等となり耐火物寿命の面から好ましいからである。
下限を３００ｍｍとするのは、この程度の径は、耐火物損傷により決定されるランス寿命を考慮すると必要だからである。また、上限を６００ｍｍとするのは、径が大きくなると送風経路が長くなり、送風抵抗増となるからである。
上記の耐火物としては、例えば、ハイアルミナ系（Al2O3 ６０〜７０％ SiO2 ２７〜３５％）等が使用される。ランスは、図３に示すように、５０〜１００ｍｍφの送風管の先端に１０〜３０ｍｍφのノズルを１〜８本取り付けた構造である。送風管にはランス湾曲防止のために２５〜４０ｍｍ幅のリブを２〜６本取り付けている。また、耐火物の脱落防止のために、スタッドを適宜使用する。送風管、ノズル、リブ、スタッドは、SS材、SGP材等が使用される。
吹き込みランスは１炉に１本以上用いる。例えば１炉にランスを５〜１２本程度である。
【００１５】
図２に示す羽口内径は、１０〜３０ｍｍが好ましい。下限を１０ｍｍとしたのは、実操業において一定の送風量を確保するには必要な口径だからである。また、上限を３０ｍｍとしたのは、余りに口径が大きくなると、安定した送風流の形成が困難となり、また、溶湯が羽口内に侵入しやすくなるためである。
【００１６】
図２に示す羽口角度は、下向きで４〜３５°である。下向きとするのは、羽口への溶湯の侵入を防止するためである。
下限を４°とするのは、羽口への溶湯の侵入を防止するために最低必要な角度だからである。上限を３５°とするのは、送風圧の上昇防止、スプラッシュ抑制には、この程度の角度が望ましいからである。
【００１７】
図２に示す羽口の湯深は、２００〜５００ｍｍが望ましい。
下限を２００ｍｍとするのは、酸素反応効率をほぼ１００％を維持するための送風と溶湯の接触時間を考慮すると、この程度は必要であるからである。
また、上限を５００ｍｍとするのは、余りに深くしたのでは、送風圧の上昇、羽口へ湯が侵入しやすくなる等の問題があるからである。
尚、湯深は羽口の中心線の位置から、湯上面までの距離を言う。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
表１の試験ランスの項目の条件で、 Cu品位６５〜９０％のカワ〜白カワに「浸漬ランス」を使用して送風を行ったところ、羽口は全く閉塞せず好ましい操業が出来た。
【００１９】
【表１】

【００２０】
（実施例２）
この操業条件は、自溶炉で製造されたマット５トン（Ｃｕ品位６７％、Ｆｅ品位８％、Ｓ品位２１％）を定置炉に装入し、下記のランス吹き込み条件で処理した。
〈ランス吹き込み条件〉
ランスは、図３の羽口数を６本にしたものを使用した。
羽口本数：６本、羽口内径：１２ｍｍφ 、羽口角度下向き１５°、羽口湯深：３００ｍｍ、羽口先端風速：４５０Nm/sec、送風圧：２．８〜２．９kg/cm2、吹き込みガスの酸素濃度：４０％で、２時間の送風を行った。
ランスの耐火物として、プレキャスタブル（組成；Ａｌ_２Ｏ_３６５％、ＳｉＯ_２３２％：日本特殊炉材製 TM-65AE）を使用した。発生するカラミは、カラミ排出口から抜き出した。
この結果、得られた粗銅の品位は、Ｃｕ：９８．５％、Ｏ：０．８％、Ｓ：０．０３％，Ｐｂ：０．０３％の好ましい粗銅が得られた。
羽口の閉塞は無く、好適な操業が可能であり、粗銅中のS品位・Ｐｂ品位はPS転炉での粗銅と同レベルとなった。また、PS転炉と同じく、送風時間２時間のうち後半の１時間は、全湯面にわたってFe3O4を主成分とする凝固物が存在していたが、操業への支障はなかった。
【００２１】
【発明の効果】
（１）本発明によって、PS転炉と同じ反応を固定炉（定置炉）で行うことが可能となり、排ガス道と炉を密着させ、侵入フリーエアの大幅な減少、ガス漏洩の大幅な減少が可能となる。
（２）本発明によって、送風と溶湯の反応ゾーンが炉体レンガから離れ、炉体レンガ損耗の大幅な抑制が可能となる。
【００２２】
（３）本発明によって、PS転炉と同じ反応を固定炉（定置炉）で行うことが可能となり、固定炉（定置炉）で種々雑多な成分、形状のリサイクル原料の効率的な処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様である全体図を示す。
【図２】本発明の一態様であるランスに設置された羽口の位置関係を示す。
【図３】本発明の一態様であるランスの具体的形状を示す。
【図４】従来技術の一態様を示す。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a technology of a copper smelting furnace in which a molten mat having a Cu grade of 50 to 70% produced in a smelting furnace such as a flash smelting furnace is blown into crude copper having a Cu grade of 96 to 99%.
[0002]
[Prior art]
In copper smelting, PS converters are widely used as furnaces for smelting 50-70% Cu-grade molten mat produced in flash smelting furnaces, etc. to crude copper of 96-99% Cu grade. The operation is a batch operation, and the structure is a cylindrical rotary furnace as shown in FIG. A blower tuyere is provided for blowing oxygen (air) for oxidizing and removing impurities such as S, Fe, Pb, and Zn in the mat into the melt. Moreover, the opening part for mat | matte charging, reaction waste gas discharge | emission, and rough copper discharge | emission is provided.
[0003]
Since PS converters are batch operations, operation management is easy. In addition, since air is blown into the molten metal and the molten metal is agitated, it has the advantage of being able to efficiently melt recycled materials with various components and shapes that contain copper and precious metals, greatly contributing to the recycling of these metals. is doing.
On the other hand, since the structure is such that air is blown into the molten metal from the tuyere provided on the side of the furnace body, when the air is not blown, the furnace is rotated to prevent the flow of molten metal back to the tuyere. The mouth must be located above the molten metal surface.
For this reason, the connection part of the exhaust gas path which guides the gas generated by the reaction and the furnace body is a slidable system, which is not a sealed structure but causes gas leakage or free air intrusion.
[0004]
Further, the air is blown into the molten metal via a tuyere provided on the refractory brick. In the vicinity of the tuyere, exothermic reaction due to oxidation and stirring of the molten metal occur, and this tuyere brick is damaged. Usually, the damage of this tuyere brick becomes the limit of usefulness of the converter, and there is a problem that the brick of the whole furnace has to be renewed. In addition, the tuyere may become clogged during the ventilation, mainly due to the growth of a solidified material composed mainly of Fe3O4. The tuyere obstruction impedes air flow and deteriorates the operating efficiency of the furnace. Therefore, in order to avoid this, there is a drawback that the tuyere opening operation with the iron rod has to be performed.
[0005]
As a copper smelting furnace without a tuyere, there is an MI process C furnace developed by Mitsubishi Materials Corporation. This method is a method in which air and oxygen are blown into the molten metal with a lance from the upper surface of the molten metal (not immersed) in a fixed smelting furnace to remove impurities. The MI method has advantages such as continuous charging of mats and continuous production of crude copper, and since it is a fixed furnace, it can be completely adhered to the exhaust gas passage.
On the other hand, compared with a batch-type PS converter, this furnace has a low oxygen potential because it is continuously charged with mats, and Pb in crude copper is 0.2 to 0.4% (in the PS converter) , About 0.03%). For this reason, the raw material processing with much Pb content is restrict | limited. Moreover, S in crude copper is as high as 0.5 to 0.7% (about 0.03% for PS converters), and the S removal load in the refining furnace in the subsequent process is large.
[0006]
When the same batch operation as the PS converter is performed with the top blowing lance similar to the MI method, the Fe ₃ O _{4 of} the molten metal surface increases and the viscosity increases as the molten metal mat → white leather → crude copper progresses. . For this reason, problems such as disturbance of the blast flow due to the casting growth of the tip of the lance, deterioration of oxygen reaction efficiency due to inhibition of penetration of the blast flow into the molten metal, and the like occur. For this reason,
Conventionally, no smelting furnace has been developed that performs the same batch operation as a PS converter using a fixed furnace.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to build a copper smelting furnace without the above disadvantages, it is necessary to develop a “dip lance” that has tuyeres that can be immersed in the molten metal as well as PS converters and that does not cause tuyere clogging during blowing. good.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In PS converters, a solidified substance mainly composed of Fe3O4 grows at the tip of the tuyere and the tuyere closes, so this solidified substance is pushed out of the furnace body with an iron rod.
However, the “immersion lance” devised by the present inventor cannot be pushed down with a rod. Therefore, it is necessary to set tuyere conditions and air blowing conditions so that the solidified material does not block the tuyere.
[0009]
The present inventor provides the following inventions as a result of various studies.
(1) Cu grade produced from smelting furnace In a furnace where 50-70% molten mat is blown into copper grade 96-99% crude copper, it is immersed in the mat and has a structure independent from the furnace wall It is characterized in that air blown at an oxygen concentration of 18 to 60% is blown into the molten metal at a tuyere tip wind speed of 300 to 700 Nm / sec from a tuyere installed at a refractory with an inner diameter of 10 to 30 mm and a downward angle of 4 to 35 °. How to operate a copper smelting furnace.
(2) The method for operating a copper smelting furnace according to (1) above, wherein the tuyere bath depth is 200 to 500 mm.
(3) The tip of the tuyere is ventilated with an oxygen concentration of 18 to 60% from a tuyere with an inner diameter of 10 to 30 mm and an angle downward of 4 to 35 ° installed in a cylindrical refractory with a diameter of 300 to 600 mm immersed in the molten metal. A blower lance for a copper smelting furnace which is blown into a molten metal at a wind speed of 300 to 700 Nm / sec.

[0010]
[Action]
The present invention will be described in detail below.
The furnace used in the present invention is a stationary furnace. However, it goes without saying that even a rotary furnace such as a PS converter can be applied to the present invention by installing a lance charging mechanism.
[0011]
The target processed product of the present invention is a molten mat having a copper quality of 50 to 70%. The mat is a composition mainly composed of copper sulfide treated by a flash furnace or the like.
As other components, S is 18 to 23%, Fe is 8 to 30%, and the like.
[0012]
The lance is used in a process of blowing oxygen into the mat and performing oxidative smelting. The blown oxygen concentration is 18-60%. However, if the oxygen concentration is higher than 60%, there is no problem in the reaction, but it is not desirable because of cost and refractory damage.
On the other hand, if it is lower than 18%, the processing speed is undesirably low. However, as a case where the oxygen concentration of air is lower than 20.8%, N ₂ gas may be diluted for use as a cooling agent as a countermeasure when the molten metal reaches a high temperature during the copper making period.
[0013]
Blowing into the molten metal is performed at a tuyere tip wind speed of 300 to 700 Nm / sec.
The reason why the lower limit is set to 300 Nm / sec is that, below this, there is a high possibility that the tuyere is clogged by the solidified material at the tuyere tip. The reason why the upper limit is set to 700 Nm / sec is that if it is too fast, there are problems such as an increase in cost and an increase in splash due to an increase in the blowing pressure.
[0014]
The lance for blowing is immersed in a mat as shown in FIG. 1 and is made of a cylindrical refractory having an outer diameter of 300 to 600 mm. The reason for the cylindrical shape is that thermal stress and heat transfer become more uniform, which is preferable in terms of the refractory life.
The lower limit is set to 300 mm because such a diameter is necessary in consideration of the lance life determined by refractory damage. Further, the upper limit is set to 600 mm because the blowing path becomes longer and the blowing resistance increases as the diameter increases.
As the refractory, for example, a high alumina type (Al2O3 60 to 70% SiO2 27 to 35%) or the like is used. As shown in FIG. 3, the lance has a structure in which 1 to 8 nozzles of 10 to 30 mmφ are attached to the tip of a 50 to 100 mmφ blast tube. Two to six ribs with a width of 25 to 40 mm are attached to the blower pipe to prevent lance bending. Also, studs are used as appropriate to prevent the refractory from falling off. SS material, SGP material, etc. are used for an air duct, a nozzle, a rib, and a stud.
One or more blowing lances are used in one furnace. For example, there are about 5 to 12 lances in one furnace.
[0015]
The tuyere inner diameter shown in FIG. 2 is preferably 10 to 30 mm. The reason why the lower limit is set to 10 mm is that the diameter is necessary to ensure a constant air flow rate in actual operation. The upper limit is set to 30 mm because if the diameter is too large, it becomes difficult to form a stable air flow, and the molten metal tends to enter the tuyere.
[0016]
The tuyere angle shown in FIG. 2 is 4 to 35 ° downward. The reason for facing downward is to prevent the molten metal from entering the tuyere.
The lower limit is set to 4 ° because it is the minimum angle necessary to prevent the molten metal from entering the tuyere. The upper limit is set to 35 ° because an angle of this degree is desirable for preventing the increase of the blowing pressure and suppressing the splash.
[0017]
As for the hot water depth of a tuyere shown in FIG. 2, 200-500 mm is desirable.
The lower limit is set to 200 mm because this degree is necessary in consideration of the contact time between the blower and the molten metal for maintaining the oxygen reaction efficiency at approximately 100%.
Further, the upper limit is set to 500 mm because, if the depth is too deep, there are problems such as an increase in the air blowing pressure and the penetration of hot water into the tuyere.
The bath depth is the distance from the center line of the tuyere to the hot water surface.
[0018]
【Example】
Example 1
Under the conditions of the test lance items in Table 1, when air was blown using “immersion lance” between 65 to 90% of Cu grade to white grade, the tuyere was not blocked at all and favorable operation was possible.
[0019]
[Table 1]

[0020]
(Example 2)
The operating conditions were as follows: 5 tons of mat manufactured in a flash furnace (Cu grade 67%, Fe grade 8%, S grade 21%) were placed in a stationary furnace and treated under the following lance blowing conditions.
<Lance blowing conditions>
A lance having 6 tuyere as shown in FIG. 3 was used.
Number of tuyere: 6 tuyere inner diameter: 12mmφ, tuyere angle downward 15 °, tuyere depth: 300mm, tuyere tip wind speed: 450Nm / sec, blowing pressure: 2.8-2.9kg / cm2, blowing The oxygen concentration of the gas was 40%, and blowing was performed for 2 hours.
As a lance refractory, a pre-castable (composition: Al ₂ O ₃ 65%, SiO ₂ 32%: TM-65AE made by Nippon Special Furnace) was used. The generated calami was extracted from the calami outlet.
As a result, the quality of the obtained crude copper was a preferable crude copper of Cu: 98.5%, O: 0.8%, S: 0.03%, Pb: 0.03%.
There was no tuyere clogging and suitable operation was possible. The S grade and Pb grade in the crude copper were the same level as the crude copper in the PS converter. In addition, as with the PS converter, solidified material containing Fe3O4 as the main component was present over the entire surface of the hot metal for 1 hour in the second half of the blowing time, but there was no hindrance to the operation.
[0021]
【The invention's effect】
(1) The present invention makes it possible to carry out the same reaction as a PS converter in a fixed furnace (stationary furnace), bringing the exhaust gas passage and furnace into close contact with each other, greatly reducing intrusion free air and reducing gas leakage. It becomes possible.
(2) By this invention, the reaction zone of ventilation and a molten metal leaves | separates from a furnace body brick, and it becomes possible to suppress suppression of furnace body wear significantly.
[0022]
(3) The present invention makes it possible to perform the same reaction as a PS converter in a fixed furnace (stationary furnace), and it is possible to efficiently process recycled materials of various components and shapes in the fixed furnace (stationary furnace). It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an overall view which is one embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a positional relationship between tuyere installed on a lance according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a specific shape of a lance that is one embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates one aspect of the prior art.

Claims

In a furnace that blows a 50-70% Cu-grade mat produced from a smelting furnace into a copper grade 96-99% crude copper, it is immersed in the mat and becomes a refractory having a structure independent of the furnace wall. A copper smelting furnace characterized in that air blown with an oxygen concentration of 18 to 60% is blown into a molten metal at a tip air velocity of 300 to 700 Nm / sec from a tuyere having an inner diameter of 10 to 30 mm and an angle downward of 4 to 35 °. Operating method.

The method for operating a copper smelting furnace according to claim 1, wherein the tuyere bath depth is 200 to 500 mm.

Installed in a cylindrical refractory with a diameter of 300 to 600 mm immersed in the molten metal, blown air with an oxygen concentration of 18 to 60% from a tuyere with an inner diameter of 10 to 30 mm and a downward angle of 4 to 35 °. A blower lance for a copper smelting furnace characterized by being blown into a molten metal at 700 Nm / sec.