JP7823510B2 - Concentrate Burner - Google Patents
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Description
本発明は、硫化鉱の製錬で使用する自熔炉の精鉱バーナーに関する。 The present invention relates to a concentrate burner for a flash smelting furnace used in the smelting of sulfide ores.
銅、ニッケル等の非鉄金属の製錬では、主として硫化鉱からなる鉱石原料に対して粉砕や篩別などの前処理を施した後、浮遊選鉱によって濃縮することで製錬原料の精鉱を生成している。生成された精鉱は、先ず熔錬工程において精鉱を酸化・熔融することで、鉄の一部と脈石成分をスラグ（酸化物）として分離すると共に、該精鉱に含まれる有価金属をマットとして回収した後、続けて設けられている工程において該マットを乾式又は湿式で精製処理することで最終製品を生成している。 In the smelting of non-ferrous metals such as copper and nickel, raw ore, primarily consisting of sulfide ores, is subjected to pre-processing such as crushing and sieving, and then concentrated by flotation to produce the smelting raw material concentrate. The resulting concentrate is first oxidized and melted in the smelting process, separating some of the iron and gangue components as slag (oxides), and the valuable metals contained in the concentrate are recovered as matte. The matte is then refined using either dry or wet processes in subsequent processes to produce the final product.
上記の一連の工程のうち、熔錬工程では自熔炉に代表される製錬炉が用いられる。自熔炉は、頂部から装入した精鉱の酸化・熔融が行われる反応塔と、該酸化・熔融により生成されたスラグ及びマットの比重分離が行われるセトラーと、自熔炉内で生じた排ガスを排出口に導くアップテイクとから主として構成される。かかる構成の自溶炉の反応塔頂部の中心に精鉱バーナーが設けられており、前段の乾燥設備で乾燥処理された精鉱（乾鉱とも称する）は、珪砂などのフラックスや補助燃料（反応用の酸素富化空気や重油等）と共にこの精鉱バーナーを介して反応塔内に放出される。 Of the above series of processes, a smelting furnace, typically a flash furnace, is used in the smelting process. A flash furnace is primarily composed of a reaction tower where concentrate charged from the top is oxidized and melted, a settler where the slag and matte produced by this oxidation and melting are gravity-separated, and an uptake where exhaust gas generated in the flash furnace is directed to an outlet. A concentrate burner is installed at the center of the top of the reaction tower of a flash furnace with this configuration, and the concentrate (also called dry ore) dried in the drying equipment in the previous stage is released into the reaction tower via this concentrate burner along with fluxes such as silica sand and auxiliary fuels (oxygen-enriched air for reaction, heavy oil, etc.).
上記の精鉱バーナーには様々な構造のものが提案されており、例えば特許文献１には、精鉱をガイドしてその下端開口部から反応塔内に放出する略円筒形の精鉱シュートと、該精鉱シュートの内側に同芯軸状に設けられ、反応塔内に補助燃料及び酸素を導入する酸素燃料バーナー（ＯＦバーナーとも称する）と、該精鉱シュートを収容すると共に、一般に空気からなる反応用ガスの流路の役割を担う上部が略円筒状で下部が略逆円錐形状のバーナーコーンスリーブ（バーナーコーンライナーとも称する）とから構成される精鉱バーナーが開示されている。上記の精鉱シュートの上端部側壁には、複数本の精鉱供給管がいずれも同じ高さ位置において周方向に等間隔に接続している。精鉱バーナーの上方には乾鉱庫が設けられており、この乾鉱庫に一時的に貯められている精鉱は、これら精鉱供給配管を介して精鉱バーナーに供給されるようになっている。 Various structures have been proposed for the above-mentioned concentrate burner. For example, Patent Document 1 discloses a concentrate burner consisting of a substantially cylindrical concentrate chute that guides the concentrate and releases it into a reaction tower from its lower opening; an oxygen-fuel burner (also called an OF burner) that is concentrically mounted inside the concentrate chute and introduces auxiliary fuel and oxygen into the reaction tower; and a burner cone sleeve (also called a burner cone liner) that houses the concentrate chute and serves as a flow path for the reaction gas, which is generally air, and has a substantially cylindrical upper part and an inverted conical lower part. Multiple concentrate supply pipes are connected to the upper end side wall of the concentrate chute at the same height and equidistantly spaced circumferentially. A dry ore storage is provided above the concentrate burner, and concentrate temporarily stored in this dry ore storage is supplied to the concentrate burner via these concentrate supply pipes.
上記の特許文献１の精鉱バーナーは、更に酸素燃料バーナーを水平方向に移動させる位置調整部を有している。これにより、反応塔の側壁に周方向に等間隔に設けた複数の温度計のうちのいずれかの温度測定値が管理範囲を超えたとき、該位置調節部により酸素燃料バーナーを水平方向に位置調整できるので、反応塔の側壁に形成されたコーチング層を減少させることなく、該コーチング層を健全に保持することが可能になると記載されている。 The concentrate burner in Patent Document 1 above also has a position adjustment unit that moves the oxygen-fuel burner horizontally. As a result, when the temperature measurement value of any of the multiple thermometers installed at equal intervals circumferentially on the side wall of the reaction tower exceeds the control range, the position adjustment unit can adjust the position of the oxygen-fuel burner horizontally. This makes it possible to maintain the integrity of the coating layer formed on the side wall of the reaction tower without reducing it.
上記のように、鉛直方向に延在する略円筒形状の精鉱シュートの上端部側壁に複数本の精鉱供給管を周方向に等間隔に接続することで、該精鉱シュートの内側に同芯軸状に設けた略円管状の酸素燃料バーナーの外壁と、略円筒形状の精鉱シュートの内壁との間の環状の流路に効率よく精鉱を自由落下させることができ、よって精鉱シュートの下方に位置する反応塔の内部に精鉱を分散して放出することが可能になる。このようにして反応塔内に放出された精鉱は、反応塔からの輻射熱や補助燃料の燃焼熱等によって直ちに昇温され、精鉱バーナーから供給される反応用ガスとの酸化反応により燃焼して熔融する。 As described above, by connecting multiple concentrate supply pipes at equal intervals circumferentially to the upper end side wall of a vertically extending, approximately cylindrical concentrate chute, the concentrate can be efficiently allowed to free fall into the annular flow path between the outer wall of a roughly circular tubular oxygen-fuel burner concentrically installed inside the concentrate chute and the inner wall of the roughly cylindrical concentrate chute. This allows the concentrate to be dispersed and released into the interior of the reaction tower located below the concentrate chute. The concentrate released into the reaction tower in this way is immediately heated by radiant heat from the reaction tower and the heat from combustion of the auxiliary fuel, and is burned and melted by an oxidation reaction with the reaction gas supplied from the concentrate burner.
しかしながら、従来の精鉱バーナーは、精鉱シュートの下端開口部から精鉱を放出する際に周方向に均一に分散されないことがあった。その理由としては、互いに隣接する精鉱供給管のそれぞれから精鉱シュート内に導入された精鉱同士が、精鉱シュート内で衝突等により干渉して精鉱シュート内で局所的に過密状態になっていることが一因として考えられ、これが精鉱シュートの下端開口部からの精鉱の均一な分散を悪化させていると考えられる。 However, with conventional concentrate burners, the concentrate was sometimes not uniformly dispersed circumferentially when it was released from the lower opening of the concentrate chute. One reason for this is thought to be that the concentrates introduced into the concentrate chute from adjacent concentrate supply pipes interfere with each other due to collisions or other reasons within the concentrate chute, resulting in localized overcrowding within the concentrate chute, which is thought to impair the uniform dispersion of the concentrate from the lower opening of the concentrate chute.
このように、反応塔内に精鉱を放出する際に、精鉱シュートの下端開口部から周方向に均一に分散されなくなると、燃焼効率が顕著に低下するおそれがある。従って、精鉱シュートの下端開口部から周方向に均一に分散した状態で製錬原料である精鉱を放出できる精鉱バーナーが求められていた。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、主として精鉱からなる製錬原料を精鉱シュートの下端開口部から周方向に均一に分散した状態で放出可能な精鉱バーナーを提供することを目的とする。 As such, if the concentrate is not uniformly dispersed circumferentially from the lower opening of the concentrate chute when it is released into the reaction tower, combustion efficiency may decrease significantly. Therefore, there has been a need for a concentrate burner that can release the smelting raw material, concentrate, in a uniformly dispersed circumferential state from the lower opening of the concentrate chute. The present invention was made in light of the above circumstances, and aims to provide a concentrate burner that can release the smelting raw material, primarily consisting of concentrate, in a uniformly dispersed circumferential state from the lower opening of the concentrate chute.
上記目的を達成するため、本発明に係る精鉱バーナーは、硫化鉱の製錬で使用される自熔炉の反応塔頂部の中心に設けられる精鉱バーナーであって、精鉱を主成分とする製錬原料を前記反応塔内に放出する略円筒形状の精鉱シュートと、前記精鉱シュートの内側に同芯軸状に設けられた略円管状の酸素燃料バーナーと、前記精鉱シュートの上端部の側壁の同じ高さ位置において周方向に等間隔に且つ斜め上方から接続された複数本の精鉱供給管と、前記精鉱シュートの該上端部以外の部分を収容するように同芯軸状に設けられた上部が略円筒形状で下部が略逆円錐形状の反応用ガスの流路となるバーナーコーンスリーブとからなり、前記複数本の精鉱供給管の中心線は、いずれも前記精鉱シュートの中心線に対してねじれの位置関係にあって且つ真上から見たときに全体として精鉱シュートの中心線に関して回転対称になっていることを特徴とする。 To achieve the above objective, the concentrate burner of the present invention is a concentrate burner installed at the center of the top of a reaction tower of a flash smelting furnace used in the smelting of sulfide ore. It comprises: a substantially cylindrical concentrate chute that discharges smelting raw materials, primarily composed of concentrate, into the reaction tower; a substantially tubular oxygen-fuel burner installed concentrically inside the concentrate chute; multiple concentrate supply pipes connected circumferentially and diagonally from above at the same height position on the side wall of the upper end of the concentrate chute, at equal intervals; and a burner cone sleeve, which is installed concentrically to accommodate the portion of the concentrate chute other than the upper end, and has a substantially cylindrical upper portion and a substantially inverted conical lower portion as a flow path for reaction gas. The center lines of the multiple concentrate supply pipes are all twisted relative to the center line of the concentrate chute, and when viewed from directly above, are rotationally symmetrical about the center line of the concentrate chute.
本発明によれば、主として精鉱からなる製錬原料を精鉱シュートの下端開口部から周方向に均一に分散した状態で放出することが可能になる。 The present invention makes it possible to release smelting raw materials, primarily consisting of concentrate, from the lower end opening of the concentrate chute in a state where they are uniformly dispersed circumferentially.
以下、硫化鉱の乾式製錬において使用される自熔炉に設けられている本発明の実施形態の精鉱バーナーについて詳細に説明する。本発明の実施形態の精鉱バーナーは、図１に示すような硫化鉱の製錬で使用される自熔炉１に設けられている。すなわちこの図１に示す自熔炉１は、精鉱バーナーを介して頂部から導入される精鉱の酸化・熔融を行なう略円筒形状の反応塔（リアクションシャフトとも称する）１ａと、反応塔１ａの下方に位置し、該酸化・熔融により生成されたスラグ及びマットの比重分離を行なう略直方体形状のセトラー１ｂと、該酸化・熔融時に発生する硫黄分を含んだ排ガスを排出口に導く筒状のアップテイク１ｃとから主として構成される。なお、上記のスラグ及びマットは樋を介して別々に抜き出されて後段の装置に移送され、排ガスはダクトを介して硫酸製造設備に移送される。 The following provides a detailed description of a concentrate burner according to an embodiment of the present invention, which is installed in a flash smelting furnace used in the pyrometallurgical smelting of sulfide ore. The concentrate burner according to an embodiment of the present invention is installed in a flash smelting furnace 1 used in the smelting of sulfide ore, as shown in Figure 1. Specifically, the flash smelting furnace 1 shown in Figure 1 primarily comprises a substantially cylindrical reaction tower (also referred to as a reaction shaft) 1a that oxidizes and melts the concentrate introduced from the top via the concentrate burner; a substantially rectangular parallelepiped settler 1b located below the reaction tower 1a that performs gravity separation of the slag and matte produced by the oxidation and melting; and a cylindrical uptake 1c that directs sulfur-containing exhaust gas generated during the oxidation and melting to an outlet. The slag and matte are separately extracted through a trough and transported to downstream equipment, while the exhaust gas is transported via a duct to a sulfuric acid production facility.
図２に示すように、上記自熔炉１の反応塔頂部の中心に、本発明の実施形態の精鉱バーナー１０がその中心軸を鉛直方向に延在させた状態で取り付けられている。本発明の実施形態の精鉱バーナー１０は、図３に示すように、図示しない乾鉱庫から供給される主成分としての精鉱及びそれ以外の原料（雑原料とよぶこともある）と、別途供給される珪素などのフラックスとからなる製錬原料を反応塔１ａ内に放出する略円筒形状の精鉱シュート１１と、この精鉱シュート１１の内側に同芯軸状に設けられており、重油などの補助燃料を酸素を含む含酸素ガスと共に反応塔１ａ内に吹き込む略円管状の酸素燃料バーナー（ＯＦバーナー）１２と、精鉱シュート１１の上端部の側壁の同じ高さ位置において周方向に等間隔に且つ斜め上方から接続された４本の精鉱供給管１３と、精鉱シュート１１の該上端部以外の部分を収容するように同芯軸状に設けられた、予熱空気などの反応用ガスの流路となる上部が略円筒形状で下部が略逆円錐形状のバーナーコーンスリーブ１４とから主として構成される。 As shown in Figure 2, a concentrate burner 10 according to an embodiment of the present invention is attached to the center of the top of the reaction tower of the flash smelting furnace 1 with its central axis extending vertically. As shown in Figure 3, the concentrate burner 10 of this embodiment of the present invention is mainly composed of a generally cylindrical concentrate chute 11 that discharges smelting raw materials into the reaction tower 1a, consisting of concentrate as the main component and other raw materials (sometimes called miscellaneous raw materials) supplied from a dry ore storage facility (not shown), and separately supplied flux such as silicon. It is also composed of a generally circular tubular oxygen-fuel burner (OF burner) 12 that is concentrically arranged inside the concentrate chute 11 and injects auxiliary fuel such as heavy oil into the reaction tower 1a along with oxygen-containing gas. It also has four concentrate supply pipes 13 that are connected diagonally from above and equidistantly spaced circumferentially at the same height to the side wall of the upper end of the concentrate chute 11. It also has a burner cone sleeve 14 that is generally cylindrical in shape at the top and generally inverted cone in shape at the bottom. It is also concentrically arranged to accommodate the rest of the concentrate chute 11 and serves as a flow path for reaction gases such as preheated air.
なお、バーナーコーンスリーブ１４の略円筒形状の上部には１又は複数本の反応用ガスの供給管１５が接続している。このバーナーコーンスリーブ１４の略円筒形状の上部は、ウインドボックスと称されることがある。また、精鉱シュート１１は、その上部と下部を除く外周部に円筒状の風速調整器１６が外嵌している。この風速調整器１６は、下端部が部分的に拡径しており、また、精鉱シュート１１と共に上下方向に移動できるようになっている。かかる構成により、風速調整器１６を精鉱シュート１１と共に上下させることで、この風速調整器１６とバーナーコーンスリーブ１４との間の環状の流路を狭くしたり広くしたりできるので、反応塔１ａ内に吹き込まれる反応用ガスの速度や流量を調整することが可能になる。 One or more reaction gas supply pipes 15 are connected to the roughly cylindrical upper part of the burner cone sleeve 14. The roughly cylindrical upper part of the burner cone sleeve 14 is sometimes referred to as a wind box. A cylindrical air speed regulator 16 is fitted around the outer periphery of the concentrate chute 11, excluding its upper and lower parts. The lower end of this air speed regulator 16 is partially enlarged in diameter, and it can move up and down together with the concentrate chute 11. With this configuration, by moving the air speed regulator 16 up and down together with the concentrate chute 11, the annular flow path between the air speed regulator 16 and the burner cone sleeve 14 can be narrowed or widened, making it possible to adjust the speed and flow rate of the reaction gas injected into the reaction tower 1a.
本発明の実施形態の精鉱バーナー１０においては、図４に示すように、上記の４本の精鉱供給管１３の中心線Ｏ２は精鉱シュート１１の中心線Ｏ１に交差しておらず、いずれも精鉱シュート１１の中心線Ｏ１に対してねじれの位置関係にあり、且つ真上から見たときに全体として精鉱シュート１１の中心線Ｏ１に関して回転対称になっている。より詳しくは、精鉱バーナー１０に接続している精鉱供給管１３がｎ本の場合は、ｎ回対称又は（３６０／ｎ）度対称になっている。本発明の実施形態の精鉱バーナー１０では、精鉱供給管１３の本数は４本であるので、４回対称又は９０度対称になっている。 In the concentrate burner 10 according to the embodiment of the present invention, as shown in Fig. 4, the center lines O2 of the four concentrate supply pipes 13 do not intersect with the center line O1 of the concentrate chute 11, and each is in a twisted positional relationship with respect to the center line O1 of the concentrate chute 11, and when viewed from directly above, the entire concentrate burner 10 is rotationally symmetrical about the center line O1 of the concentrate chute 11. More specifically, when there are n concentrate supply pipes 13 connected to the concentrate burner 10, there is n-fold symmetry or (360/n) degree symmetry. In the concentrate burner 10 according to the embodiment of the present invention, the number of concentrate supply pipes 13 is four, so there is four-fold symmetry or 90-degree symmetry.
上記構成により、乾鉱庫等の底部からコンベアー等の搬送設備によって抜き出された後、鉛直方向に延在する筒状ガイド等を介して４本の精鉱供給管１３に分配して供給された製錬原料は、精鉱シュート１１に向かって傾斜して配置されているこれら４本の精鉱供給管１３内で加速しながら滑り落ちて精鉱シュート１１内に導入される。その際、製錬原料は精鉱シュート１１の中心に向かって流れるのではなく、該中心に対していずれも向かって同じ側にずれた位置に向かって流れる。このため、精鉱シュート１１の内壁面に沿って製錬原料をスムーズに流すことができる。 With the above configuration, the smelting raw materials are extracted from the bottom of a dry ore storage facility or the like by a conveyor or other transport equipment, and then distributed and supplied to four concentrate supply pipes 13 via vertically extending cylindrical guides or the like. They then slide down at an accelerated rate within these four concentrate supply pipes 13, which are arranged at an angle toward the concentrate chute 11, and are introduced into the concentrate chute 11. In this process, the smelting raw materials do not flow toward the center of the concentrate chute 11, but rather flow toward a position offset to the same side relative to the center. This allows the smelting raw materials to flow smoothly along the inner wall surface of the concentrate chute 11.
すなわち、図４に示すように、４本の精鉱供給管１３から精鉱シュート１１内に導入された製錬原料が、例えば精鉱シュート１１の中心線Ｏ１に対していずれも向かって左側にずれた位置に向かって流れる場合は、精鉱シュート１１を真上から見たとき、精鉱シュート１１内で製錬原料を時計回りに旋回させながら自由落下させることができ、４本の精鉱供給管１３からそれぞれ供給される製錬原料が精鉱シュート１１内で互いに衝突しにくくなる。よって、精鉱シュート１１の下端開口部から反応塔１ａ内に製錬原料を放出するときに、周方向に均一に分散させることができる。 That is, as shown in Figure 4, if the smelting raw materials introduced into the concentrate chute 11 from the four concentrate supply pipes 13 all flow toward a position shifted to the left of the center line O1 of the concentrate chute 11, the smelting raw materials can be made to freely fall while rotating clockwise within the concentrate chute 11 when viewed from directly above the concentrate chute 11, and the smelting raw materials supplied from the four concentrate supply pipes 13 are less likely to collide with each other within the concentrate chute 11. Therefore, when the smelting raw materials are released into the reaction tower 1a from the lower end opening of the concentrate chute 11, they can be uniformly dispersed in the circumferential direction.
他方、従来の精鉱バーナーは、図５に示すように精鉱供給管１１３の中心線が精鉱シュート１１１の中心線と交差していたので、精鉱供給管１１３から精鉱シュート１１１内に導入された製錬原料は、精鉱シュート１１１の中心部に設けられている酸素燃料バーナーによってスムーズな流れが妨げられたり、複数本の精鉱供給管１１１からそれぞれ供給される製錬原料が精鉱シュート１１１内で互いに衝突して精鉱シュート１１１内で製錬原料が局所的に過密状態になったりすることがあった。この場合は、精鉱シュート１１１の下端開口部から反応塔１ａ内に製錬原料を放出する際に均一に分散させることが困難になるので、燃焼効率が著しく低下することがあった。これに対して、上記した本発明の実施形態の精鉱バーナー１０を採用することで、上記の従来の精鉱バーナーが抱える問題を解消することが可能になる。 On the other hand, in conventional concentrate burners, the center line of the concentrate supply pipe 113 intersects with the center line of the concentrate chute 111, as shown in Figure 5. This means that the smooth flow of the smelting raw material introduced from the concentrate supply pipe 113 into the concentrate chute 111 can be hindered by the oxygen-fuel burner located at the center of the concentrate chute 111, or the smelting raw material supplied from multiple concentrate supply pipes 111 can collide with each other inside the concentrate chute 111, causing localized overcrowding of the smelting raw material within the concentrate chute 111. In this case, it becomes difficult to uniformly disperse the smelting raw material when it is released into the reaction tower 1a from the lower end opening of the concentrate chute 111, resulting in a significant decrease in combustion efficiency. In contrast, by adopting the concentrate burner 10 of the embodiment of the present invention described above, it is possible to solve the problems associated with conventional concentrate burners.
図４（ｂ）に示すように、精鉱シュート１１を真上から見たとき、４本の精鉱供給管１３の各々において、精鉱シュート１１の中心線Ｏ１を真上から見た中心点Ａと、精鉱供給管１３の上端の中心点Ｂとを結ぶ線分Ｃは、精鉱供給管１３の中心線Ｏ２に対して１度以上５度以下の偏角αで偏向していることが好ましい。この偏角αが１度未満では、精鉱供給管１３から精鉱シュート１１内に導入された精鉱のほとんどが精鉱シュート１１の中心点Ａに向かって流れるので、精鉱シュート１１内に導入された製錬原料のうち、精鉱シュート１１の内壁面に沿って旋回するものの割合が極端に少なくなる。逆に、この偏角αが５度を超えると、精鉱供給管１３を精鉱シュート１１に接続するのが困難になるうえ、製錬原料が精鉱シュート１１の内壁面に強く衝突しすぎるため、精鉱シュート１１の内壁面が摩耗しやすくなる。 As shown in Figure 4(b), when the concentrate chute 11 is viewed from directly above, in each of the four concentrate supply pipes 13, it is preferable that the line segment C connecting the center point A of the center line O1 of the concentrate chute 11 viewed from directly above and the center point B of the upper end of the concentrate supply pipe 13 is deflected at a deflection angle α of 1 to 5 degrees with respect to the center line O2 of the concentrate supply pipe 13. If this deflection angle α is less than 1 degree, most of the concentrate introduced into the concentrate chute 11 from the concentrate supply pipe 13 flows toward the center point A of the concentrate chute 11, and the proportion of the smelting material introduced into the concentrate chute 11 that swirls along the inner wall surface of the concentrate chute 11 becomes extremely small. Conversely, if this deflection angle α exceeds 5 degrees, it becomes difficult to connect the concentrate supply pipe 13 to the concentrate chute 11, and the smelting material collides too strongly with the inner wall surface of the concentrate chute 11, which makes the inner wall surface of the concentrate chute 11 more susceptible to wear.
本発明の実施形態の精鉱バーナー１０は、図３に示すように、４本の精鉱供給管１３がいずれも水平面に対して４５度以上７５度以下の傾斜角βで斜め上方から精鉱シュート１１に接続していることが好ましい。これにより、精鉱シュート１１の下端開口部から反応塔１ａ内に製錬原料を放出する際に、周方向により均一に分散させることができる。この傾斜角βが７５度を超えると、精鉱供給管１３を精鉱シュート１１に接続するのが困難になるうえ、精鉱シュート１１内に導入した製錬原料のほとんどが精鉱シュート１１の内壁面に沿って旋回することなくそのまま真下に向かって自由落下するので好ましくない。逆に、この傾斜角βが４５度未満では、精鉱シュート１１内に製錬原料を導入するときの初速度が遅くなるため、精鉱シュート１１内で製錬原料が旋回しにくくなり、この場合も製錬原料のほとんどが真下に向かって自由落下するので好ましくない。 As shown in Figure 3, in the concentrate burner 10 of this embodiment, it is preferable that all four concentrate supply pipes 13 are connected to the concentrate chute 11 from above at an inclination angle β of 45 degrees or more and 75 degrees or less with respect to the horizontal. This allows the smelting raw material to be more uniformly dispersed circumferentially when released into the reaction tower 1a from the lower end opening of the concentrate chute 11. If the inclination angle β exceeds 75 degrees, it becomes difficult to connect the concentrate supply pipes 13 to the concentrate chute 11, and most of the smelting raw material introduced into the concentrate chute 11 will fall freely straight down without swirling along the inner wall surface of the concentrate chute 11, which is undesirable. Conversely, if the inclination angle β is less than 45 degrees, the initial velocity of the smelting raw material when introduced into the concentrate chute 11 will be slow, making it difficult for the smelting raw material to swirl within the concentrate chute 11. In this case, most of the smelting raw material will also fall freely straight down, which is undesirable.
また、本発明の実施形態の精鉱バーナー１０は、図３に示すように、４本の精鉱供給管１３の長さＬがいずれも内径Ｄの２倍以上であることが好ましい。この長さＬが内径Ｄの２倍未満では、製錬原料が精鉱供給管１３内を滑りながら流下する際に十分な直進性が得られないので、精鉱供給管１３から精鉱シュート１１内に導入された製錬原料のうち、精鉱供給管１３の中心線の方向とは異なる方向に向かうものの割合が増大し、結果的に精鉱シュート１１内で製錬原料を旋回させることが難しくなったり、他の精鉱供給管１３から導入された製錬原料と干渉してスムーズに流下しなくなったりするので好ましくない。 Furthermore, as shown in Figure 3, in the concentrate burner 10 according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the length L of each of the four concentrate supply pipes 13 is at least twice the inner diameter D. If this length L is less than twice the inner diameter D, the smelting raw material will not be able to flow smoothly down the concentrate supply pipe 13 with sufficient straightness, and the proportion of the smelting raw material introduced from the concentrate supply pipe 13 into the concentrate chute 11 that flows in a direction other than the center line of the concentrate supply pipe 13 will increase. As a result, it will be difficult to rotate the smelting raw material within the concentrate chute 11, or the smelting raw material will interfere with the smelting raw material introduced from the other concentrate supply pipes 13, preventing it from flowing smoothly down the line, which is undesirable.
上記の本発明の実施形態の精鉱バーナー１０では、精鉱シュート１１の上端部側壁に精鉱供給管１３が４本接続された場合について説明したが、精鉱供給管１３の本数は４本に限定されるものではない。一般的には精鉱供給管の本数は、２本以上６本以下であることが好ましく、これにより精鉱シュート１１内に製錬原料を分散させて導入できるので、精鉱シュート１１の下端開口部から反応塔１ａに製錬原料を放出させる際に、周方向により均一に分散させることが可能になる。 In the concentrate burner 10 of the above embodiment of the present invention, four concentrate supply pipes 13 are connected to the upper end side wall of the concentrate chute 11, but the number of concentrate supply pipes 13 is not limited to four. Generally, the number of concentrate supply pipes is preferably between two and six, which allows the smelting raw material to be introduced into the concentrate chute 11 in a dispersed manner, allowing the smelting raw material to be dispersed more uniformly in the circumferential direction when released from the lower end opening of the concentrate chute 11 into the reaction tower 1a.
他方、精鉱供給管１３の本数が１本では、精鉱シュート１１の下端開口部から反応塔１ａ内に製錬原料を均一に分散することが困難になりやすく、逆に、精鉱供給管１３の本数が６本を超えると、これらの精鉱供給管１３の各々の上部に設ける精鉱やフラックスの定量供給用のコンベアー等の搬送設備の個数も増えるので、設備コストやメンテナンスコストがかさむうえ、反応塔１ａの頂部の限られたスペースにこれらの設備を設けるのが困難になる。 On the other hand, if there is only one concentrate supply pipe 13, it can be difficult to uniformly distribute the smelting raw materials from the lower opening of the concentrate chute 11 into the reaction tower 1a. Conversely, if there are more than six concentrate supply pipes 13, the number of conveyors and other transport equipment required to supply a fixed amount of concentrate and flux at the top of each of these concentrate supply pipes 13 will increase, resulting in increased equipment and maintenance costs and making it difficult to install this equipment in the limited space at the top of the reaction tower 1a.
図１に示すような銅製錬用の自熔炉１の反応塔１ａの頂部中心に、図３に示すような本発明の実施例の精鉱バーナーを設けてその性能を評価した。具体的には、この実施例の精鉱バーナーは、鉛直方向に延在する略円筒形状の精鉱シュート１１と、精鉱シュート１１の内側に同芯軸状に設けられた略円管状の酸素燃料バーナー１２と、精鉱シュート１１の上端部の側壁の同じ高さ位置において周方向に等間隔に且つ水平面に対して６０度の傾斜角βで斜め上方から接続された４本の精鉱供給管１３と、この精鉱シュート１１の上端部以外の部分を収容するように同芯軸状に設けられた、上部が略円筒形状で下部が略逆円錐形状のバーナーコーンスリーブ１４とから構成した。 A concentrate burner according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, was installed at the center of the top of a reaction tower 1a of a copper smelting flash furnace 1, as shown in Figure 1, and its performance was evaluated. Specifically, the concentrate burner of this embodiment was composed of a vertically extending, generally cylindrical concentrate chute 11, a generally tubular oxygen-fuel burner 12 concentrically mounted inside the concentrate chute 11, four concentrate supply pipes 13 equally spaced circumferentially at the same height on the side wall of the upper end of the concentrate chute 11 and connected obliquely from above at an inclination angle β of 60 degrees relative to the horizontal, and a concentrically mounted burner cone sleeve 14 with a generally cylindrical upper portion and a generally inverted conical lower portion, which accommodates the entire portion of the concentrate chute 11 except for the upper end.
上記の４本の精鉱供給管１３は、それらの中心線Ｏ２がいずれも精鉱シュート１１の中心線Ｏ１に交差せずに、精鉱シュート１１の中心線Ｏ１に対してねじれの位置関係にあって且つ真上から見たときに全体として精鉱シュート１１の中心線Ｏ１に関して回転対称になるように精鉱シュート１１に接続した。具体的には、精鉱シュート１１を真上から見たとき、４本の精鉱供給管１３の各々において、精鉱シュート１１の中心線Ｏ１を真上から見た中心点Ａと、精鉱供給管１３の上端の中心点Ｂとを結ぶ線分Ｃが、精鉱供給管１３の中心線Ｏ２に対して３度の偏角αで偏向するように接続した。なお、４本の精鉱供給管１３の各々には、その長さＬが内径Ｄの２.３倍の円管を用いた。 The four concentrate supply pipes 13 were connected to the concentrate chute 11 so that none of their center lines O2 intersected the center line O1 of the concentrate chute 11, but were in a twisted positional relationship with the center line O1 of the concentrate chute 11, and so that when viewed from directly above, they were rotationally symmetrical as a whole about the center line O1 of the concentrate chute 11. Specifically, when viewed from directly above, in each of the four concentrate supply pipes 13, the line segment C connecting the center point A of the center line O1 of the concentrate chute 11 as viewed from directly above and the center point B of the upper end of the concentrate supply pipe 13 was deflected at an angle α of 3 degrees with respect to the center line O2 of the concentrate supply pipe 13. Each of the four concentrate supply pipes 13 was a circular pipe whose length L was 2.3 times the inner diameter D.
比較のため、図５に示すように、４本の精鉱供給管１１３を、それらの中心線Ｏ２がいずれも精鉱シュート１１１の中心線Ｏ１に交差するように精鉱シュート１１１に接続したことを除いて上記の実施例の精鉱バーナーと同様の比較例の精鉱バーナーを作製した。先ず、これら実施例及び比較例の精鉱バーナーにおいて、４本の精鉱供給管から精鉱シュートに製錬原料を導入したときの精鉱シュート内の精鉱の分布をシミュレーションした。その結果を図６に示す。この図６から、比較例の精鉱バーナーに比べて実施例の精鉱バーナーの方が精鉱シュート内でより均一に製錬原料が分散することが分かる。 For comparison, a comparative concentrate burner similar to the example burner was fabricated, except that four concentrate supply pipes 113 were connected to the concentrate chute 111 so that their center lines O2 all intersected the center line O1 of the concentrate chute 111, as shown in Figure 5. First, in the concentrate burners of the example and the comparative example, the distribution of concentrate in the concentrate chute when smelting raw material was introduced into the concentrate chute from the four concentrate supply pipes was simulated. The results are shown in Figure 6. From Figure 6, it can be seen that the concentrate burner of the example distributes the smelting raw material more uniformly in the concentrate chute than the concentrate burner of the comparative example.
次に、上記の実施例及び比較例の精鉱バーナーの各々に対して、精鉱供給管の１本当たり５０～７０ｔ／ｈの範囲内で製錬原料を供給しながら自熔炉の操業を行なった。その際、図７及び８に示すように、バーナーコーンスリーブ１４に設けられている点検口から６本の棒状の温度測定器２１～２６を挿入した。これら温度測定器２１～２６の各々は、軸方向に間隔をあけて６個の温度センサを有しており、よって、合計３６個の温度センサで、精鉱バーナーの出口近傍のバーナーコーンスリーブ内の温度分布を測定した。そして、得られた温度分布に基づいて精鉱シュート１１から精鉱が周方向に均一に分散されているか否かを判断した。 Next, for each of the concentrate burners in the above examples and comparative examples, the flash smelting furnace was operated while supplying smelting raw material at a rate of 50 to 70 t/h per concentrate supply pipe. As shown in Figures 7 and 8, six rod-shaped temperature measuring devices 21 to 26 were inserted through an inspection hatch in the burner cone sleeve 14. Each of these temperature measuring devices 21 to 26 had six temperature sensors spaced axially apart, so a total of 36 temperature sensors were used to measure the temperature distribution within the burner cone sleeve near the concentrate burner outlet. Based on the obtained temperature distribution, it was determined whether the concentrate was being uniformly dispersed circumferentially from the concentrate chute 11.
上記のように、合計３６個の温度センサで温度分布を測定することで、精鉱シュート１１から精鉱が周方向に均一に分散されているか否かを判断できる理由は、バーナーコーンスリーブ内の温度分布が一様ではなく例えば局所的に高温の部位が存在していれば、その部位の下方は精鉱が局所的に粗であるため反応塔１ａ下方からの輻射熱が精鉱で遮られることなく該高温の部位に到達していると考えることができ、逆に局所的に低温の部位が存在していれば、その部位の下方は精鉱が局所的に密であるため反応塔１ａ下方からの輻射熱が精鉱で過度に遮られていると考えることができるからである。 As described above, by measuring the temperature distribution with a total of 36 temperature sensors, it is possible to determine whether the concentrate is being uniformly dispersed circumferentially from the concentrate chute 11. This is because if the temperature distribution within the burner cone sleeve is not uniform, for example, if there are locally high-temperature areas, it can be assumed that the concentrate below that area is locally coarse and that the radiant heat from below the reaction tower 1a is reaching the high-temperature area without being blocked by the concentrate. Conversely, if there are locally low-temperature areas, it can be assumed that the concentrate below that area is locally dense and that the radiant heat from below the reaction tower 1a is being blocked excessively by the concentrate.
上記の実施例の精鉱バーナーにおける温度分布の測定結果を図９に、比較例の精鉱バーナーにおける温度分布の測定結果を図１０に示す。図９に示す結果から、実施例の精鉱バーナーでは、バーナーコーンスリーブの中心側から外周側に向けて概ね温度が上昇しているが、いずれの曲線も温度上昇の傾向が同程度であり、図８の点線で示す同じ円周上であれば温度はあまりばらついていないことが分かる。よって、実施例の精鉱バーナーは、精鉱シュートから周方向に均一に精鉱を分散していると判断することができる。 Figure 9 shows the measurement results of the temperature distribution in the concentrate burner of the above-mentioned example, and Figure 10 shows the measurement results of the temperature distribution in the concentrate burner of the comparative example. From the results shown in Figure 9, it can be seen that in the concentrate burner of the example, the temperature generally rises from the center to the outer periphery of the burner cone sleeve, but the temperature rise trend is about the same for all curves, and there is not much temperature variation on the same circumference shown by the dotted line in Figure 8. Therefore, it can be concluded that the concentrate burner of the example uniformly disperses concentrate in the circumferential direction from the concentrate chute.
一方、図１０に示す結果から、比較例の精鉱バーナーでは、特にバーナーコーンスリーブの外周側において、図８の点線で示す同じ円周上であっても温度が大きくばらついていることが分かる。よって、比較例の精鉱バーナーは、精鉱シュートから周方向に均一に精鉱を分散していないと判断することができる。以上の結果から、本発明の精鉱バーナーを採用することで、製錬原料である精鉱を精鉱シュートから周方向に均一に反応炉内に分散できることが分かる。 On the other hand, the results shown in Figure 10 show that with the concentrate burner of the comparative example, the temperature varies greatly, especially on the outer periphery of the burner cone sleeve, even on the same circumference indicated by the dotted line in Figure 8. Therefore, it can be concluded that the concentrate burner of the comparative example does not uniformly disperse the concentrate in the circumferential direction from the concentrate chute. From these results, it can be seen that by adopting the concentrate burner of the present invention, the concentrate, which is a smelting raw material, can be uniformly dispersed in the circumferential direction within the reactor from the concentrate chute.
１ 自熔炉
１ａ 反応塔（リアクションシャフト）
１ｂ セトラー
１ｃ アップテイク
１０ 精鉱バーナー
１１、１１１ 精鉱シュート
１２ 酸素燃料バーナー（ＯＦバーナー）
１３、１１３ 精鉱供給管
１４ バーナーコーンスリーブ
１５ 反応用ガス供給管
１６ 風速調整器
２１～２６ 温度測定器
1 Flash melting furnace 1a Reaction tower (reaction shaft)
1b Settler 1c Uptake 10 Concentrate burner 11, 111 Concentrate chute 12 Oxy-fuel burner (OF burner)
13, 113 Concentrate supply pipe 14 Burner cone sleeve 15 Reaction gas supply pipe 16 Air speed regulator 21 to 26 Temperature measuring device
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