精煉爐的操作方法
2023-07-31 15:27:26 4
專利名稱：精煉爐的操作方法
技術領域：
本發明是關於採用自熔爐、轉爐及精煉爐冶煉銅精礦及銅原料，從而獲得適合銅的電解精煉的精煉粗銅的銅精煉的操作方法。特別是關於在精煉爐中的氧化工序後的還原處理工序過程中，將做為還原劑的烴類氣體與空氣等含氧氣體共同吹入粗銅的銅水中，進行還原的方法。
背景技術：
一般，作為銅的冶煉工藝，有各種工藝在實施，但作為其代表性的工藝過程，有在自熔爐中先煉製出冰銅，用轉爐處理該冰銅，製得銅含量達98.5mass％左右的粗銅，再對該粗銅進行精煉，使銅含量提高達到99.3mass％～99.5mass％左右之後，鑄成銅陽極，最後進行電解精煉的工藝過程。
在這種情況下，作為粗銅的乾式精煉的具體方法，通常是由向粗銅銅水中吹入空氣，主要是為了氧化去除S的氧化工序，以及為除去(脫氧)己溶解在來自轉爐的粗銅之中並在氧化處理工序中又溶解的0.6～1.0mass％的氧而通過向銅水中吹入還原劑後將氧含量降低到0.01～0.1mass％的還原工序組成。作為後者的還原工序中的還原劑，近來大多將石油類液化烴氣體(LPG)與裂解用的空氣同時吹入。
在上述那樣在精煉爐中的還原工序結束後，通常是從精煉爐中將銅水出爐，通過流槽等將銅水導入鑄造機，鑄造成電解精煉用的銅陽極。因此，有必要使精煉爐的出銅水溫度儘量接近鑄造的最適宜溫度，即預算了自精煉爐至鑄造機之間產生的溫度降低量的溫度(以下將此記為「目標出銅水溫度」)，或將出銅水溫度設定在鑄造機的允許最低鑄造溫度以上，即預算了自精煉爐至鑄造機之間產生的溫度降低量後的溫度(以下將此記為「目標最低出銅水溫度」)以上。
目標出銅水溫度因精煉爐至鑄造機的流槽等的長度及構造，或出銅水的程度等而各異。但一般多設定在1160～1200℃左右，因此通常將目標最低出銅水溫度設定在1160℃以上。
一方面，在精煉爐中粗銅的還原即將開始之前的銅水溫度，會因爐內的銅水量及爐的構造，或者來自轉爐的澆注溫度及氧化工序之前的保溫條件、氧化工序的處理條件等而各異，但一般多在1100～1130℃左右。因此，當目標最低出銅水溫度設定在1160℃的情況下，在還原工序中，30～60℃的升溫是有必要的，通常該必要的升溫量因每次的操作情況而各異。
如上述那樣，在精煉爐中的還原工序的目的有2個，1個是粗銅的脫氧，另1個是為了作為後續工序的鑄造工序的銅水的加熱。具體而言，在還原工序中，在前者中，是將銅水中的氧濃度降低到0.01～0.1mass％，在後者中，是將銅水溫度加熱到1160℃以上。
作為達到上述那樣的還原工序目的的手段，有特開2000-290735號(申請人日鉱金屬株式會社，「粗銅乾式精練中的還原處理方法」)的公開(特許文獻1)。公開的方法是測定還原開始之前的銅水溫度，通過使銅水溫度越低含氧氣體的比例越大那樣來調整還原劑(烴類氣體)與空氣等含氧氣體的流量比，進行還原處理，使溫度在還原後升高到目標最低出銅水溫度。
於此，在考慮了還原工序時間的縮短的情況下，一般要考慮使還原劑(烴類氣體)以及空氣等含氧氣體的流量增加。然而如果僅使還原劑的流量增加，則還原工序時間雖會被縮短，但還原中的銅水的升溫量會不足，還原後的銅水溫度則達不到目標溫度，很可能有必要通過重油噴燃器等對還原後的銅水加溫。並且如果使還原劑及空氣等含氧氣體的流量過度增加，則濺向排氣管道的銅水便會增多，可預料會給操作帶來障礙。再者因設備能力的限制，有時也無法那樣增加還原劑或者空氣等含氧氣體的流量。
一方面，作為在還原工序途中使空氣比變更的粗銅的還原法，有特開2000-178665號(申請人三井金屬鉱業株式會社)(特許文獻2)的公開，但那是根據來自轉爐的粗銅的硫濃度來調整空氣比的，在還原工序途中使空氣比降低的時間也是以粗銅的硫濃度的減少率來決定的，因此與本發明根本不同。
特開2000-290735號[特許文獻2]特開2000-178665號
發明內容
本發明是以上述情況為背景的，其目的是對以前的還原劑及空氣等含氧氣體的吹入量不那麼增加，而能夠使還原工序的時間縮短，另外還原結束時的銅水溫度可靠並穩定，且確保在目標最低出銅水溫度以上，以防止能源成本的提高。
本發明的發明者們對於為實施還原處理而向粗銅銅水中吹入的烴類氣體以及空氣等含氧類氣體的流量與成為還原工序中去除對象的氧及硫的特性之間的關係進行嚴密探究後的結果表明，通過在還原初期大量增加空氣等含氧氣體(以下作為代表例記為[空氣])的流量，觀察到氧及硫的去除反應得到促進，特別發現在還原初期的30分鐘內，該兩者的去除速度達到最高，並且該去除反應與銅水的攪拌力度有密切的關係。
即，本發明是(1)一種精煉爐的操作方法，在銅的精煉爐中，在還原工序的初期階段(不滿整個還原時間的1/2)，按相對還原氣體為0.07～0.15的空氣比吹入空氣，強制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應得以促進，以此進行操作，縮短精煉爐的操作時間。
(2)一種精煉爐的操作方法，在銅的精煉爐中，在還原工序的初期階段(不滿整個還原時間的1/2)，按相對還原氣體為0.07～0.15的空氣比吹入空氣，強制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應得以促進，之後與初期階段相比，將空氣比降低0.03～0.04後操作，縮短精煉爐的操作時間。
如果按照本發明(1)能夠將還原處理時間縮短10～20％(平均操作時間為110分鐘的情況下，10～20分鐘)。
(2)此外，能夠將還原時的烴氣體(本發明中為LPG)的單耗從3.4kg/t減少到3.2kg/t。
(3)還原工序結束後的銅水溫度能夠穩定地保持在目標最低出銅水溫度(1160℃)以上，還原工序後沒必要採用重油噴燃器等對銅水加熱，有防止能源成本增加的效果。
從3.4kg/t減少到3.2kg/t。
如上所述，還原開始初期30分鐘以內，即使大幅度增加空氣量，也可將還原結束時的銅水溫度確保在所定的溫度(目標出銅水溫度，或目標最低出銅水溫度以上)，還原結束後，仍沒有必要另外再用重油噴燃器等對銅水加熱。
在以上情況下，在即將還原開始之前，測定銅水溫度的具體手段是任意的，例如，若採用消耗型熱電偶也可以。並且，根據已經測定的還原開始前的銅水溫度而進行的烴類氣體與空氣的流量比的調整，操作者既可以採用手動調整，也可以按照預先確定的圖表及關係式自動地進行調整。
再者，因為烴類氣體是為還原在本來銅水中的氧而吹入的，與烴類氣體一同吹入的空氣的量必須少於烴類氣體的理論空氣燃燒量，以便不會使烴類氣體完全燃燒後只生成CO2及H2O。具體而言，理想的是吹入的空氣量設定在理論空氣燃燒量的3～30％(空氣比0.03～0.30)範圍內，因此即使在根據還原開始前的銅水溫度確定烴類氣體與空氣的吹入流量時，理想的是設定成按照烴類氣體的成分組成獲得空氣比為0.03～0.30範圍內的空氣吹入量。
(精煉爐內的氧及硫的濃度變化確認試驗)採用400噸的圓筒臥式傾轉式的精煉爐，以如下方法對410噸Cu純度為98.5mass％的粗銅進行了精煉。即向預先利用重油噴燃器的燃燒來保溫的精煉爐中注入來自轉爐的第1爐粗銅銅水205噸後，又注入來自轉爐的第2爐粗銅205噸。並且該粗銅經扒渣後變為400噸。且在注入粗銅的過程中，精煉爐爐內仍在用重油噴燃器保溫。
這樣在將來自轉爐的第2爐粗銅銅水注入後，再經過爐渣扒渣後，作為氧化處理工序，從銅水下面的風口，以500Nm3/h的流量，自始吹起算，吹入空氣2.0小時。作為氧化工序結束後的還原工序，將以丁烷(C4H10)為主要成分的石油類液化烴氣化而成的氣體(LPG)及空氣從銅水面下方的風口吹入。
在此，為調查還原處理時的粗銅銅水中的O、S濃度的變化，對還原處理中的銅水取樣，測定了O、S濃度的隨時間變化。在圖2中，顯示了一例以流量為800kg/h的LPG及流量為1200Nm3/h空氣對400噸的粗銅進(m≤4；n≤10)通過該反應，CO、H2、CmHn(m≤4；n≤10)有助於還原去除銅水中的氧。此外，上述反應是部分燃燒反應，吹入的氧成分量越多，產生的熱量越大，還原處理中的銅水溫度上升量越大。
因此在該發明中，與特開2000-290735號相同，先測定氧化工序完成後還原工序即將開始之前(開始吹入烴類氣體及空氣之前)的銅水溫度，針對該銅水的溫度，調整烴類氣體及空氣的吹入流量比。具體而言，在還原開始前的銅水溫度較低情況下，將空氣的比例調高，使還原處理中的溫度升高量增大，相反，在還原開始前銅水溫度較高情況下，將空氣的比例調低，抑制還原處理中溫度的升高量，以此進行控制，使還原處理結束時銅水溫度接近目標出銅水溫度。
即在本發明中，在還原工序的初期階段(未滿整個還原時間的1/2)，按相對還原氣體為0.07～0.15的空氣比吹入空氣，強制攪拌銅水。
更具體地講，在本發明中，如
圖1所示，僅在還原初期30分鐘以內，通過吹入以往的1.5～2.0倍的空氣(相當於相對還原氣體的空氣比為0.07～0.15)，提高還原初期的銅水攪拌能力，使脫氧及脫硫反應得到促進。這是基於注意到O、S的去除速度在還原初期30分鐘以內最快。
在此所言及的空氣比的定義如以下公式空氣比＝實際使用的空氣量/還原劑完全燃燒所需要的理論空氣量例如在使用LPG氣體時，1kg的LPG完全燃燒需要的空氣約為12Nm3。相對LPG 1kg實際吹入的空氣量為6Nm3時，則空氣比為0.5。
並且還有在還原初期使銅水溫度上升的目的，這是基於注意到在還原初期銅水溫度上升量的增加會使銅水的黏度降低，有使反應速度加快的效果。
此外，還原開始後30分鐘起至還原結束之間，將空氣比設定為0.03～0.15，而對於從風口吹入的還原劑與空氣流量的操作條件，本發明與以往的沒有不同。
其結果在本發明中，由於在還原處理初期30分鐘以內銅水攪拌能力及銅水溫度上升量的增加，脫氧反應得到促進，1次操作的還原時間可以從以往的110分鐘縮短到90～100分鐘，同時可將還原劑(例如LPG)的單耗從3.4kg/t減少到3.2kg/t。
如上所述，還原開始初期30分鐘以內，即使大幅度增加空氣量，也可將還原結束時的銅水溫度確保在所定的溫度(目標出銅水溫度，或目標最低出銅水溫度以上)，還原結束後，仍沒有必要另外再用重油噴燃器等對銅水加熱。
在以上情況下，在即將還原開始之前，測定銅水溫度的具體手段是任意的，例如，若採用消耗型熱電偶也可以。並且，根據已經測定的還原開始前的銅水溫度而進行的烴類氣體與空氣的流量比的調整，操作者既可以採用手動調整，也可以按照預先確定的圖表及關係式自動地進行調整。
再者，因為烴類氣體是為還原在本來銅水中的氧而吹入的，與烴類氣體一同吹入的空氣的量必須少於烴類氣體的理論空氣燃燒量，以便不會使烴類氣體完全燃燒後只生成CO2及H2O。具體而言，理想的是吹入的空氣量設定在理論空氣燃燒量的3～30％(空氣比0.03～0.30)範圍內，因此即使在根據還原開始前的銅水溫度確定烴類氣體與空氣的吹入流量時，理想的是設定成按照烴類氣體的成分組成獲得空氣比為0.03～0.30範圍內的空氣吹入量。
(精煉爐內的氧及硫的濃度變化確認試驗)採用400噸的圓筒臥式傾轉式的精煉爐，以如下方法對410噸Cu純度為98.5mass％的粗銅進行了精煉。即向預先利用重油噴燃器的燃燒來保溫的精煉爐中注入來自轉爐的第1爐粗銅銅水205噸後，又注入來自轉爐的第2爐粗銅205噸。並且該粗銅經扒渣後變為400噸。且在注入粗銅的過程中，精煉爐爐內仍在用重油噴燃器保溫。
這樣在將來自轉爐的第2爐粗銅銅水注入後，再經過爐渣扒渣後，作為氧化處理工序，從銅水下面的風口，以500Nm3/h的流量，自始吹起算，吹入空氣2.0小時。作為氧化工序結束後的還原工序，將以丁烷(C4H10)為主要成分的石油類液化烴氣化而成的氣體(LPG)及空氣從銅水面下方的風口吹入。
在此，為調查還原處理時的粗銅銅水中的O、S濃度的變化，對還原處理中的銅水取樣，測定了O、S濃度的隨時間變化。在圖2中，顯示了一例以流量為800kg/h的LPG及流量為1200Nm3/h空氣對400噸的粗銅進行還原處理情況下的銅水中O、S的濃度變化。
根據圖2，O、S均在初期的30分鐘(圖中塗以灰色的部分)之內出現最顯著的濃度下降。並且，這樣的取樣調查雖進行了多次，得到的O濃度、S濃度的變化也是與圖2基本相同的。
在精煉爐中的粗銅銅水的還原反應是氣液反應，反應速度快，一般被稱為質量傳遞控制反應。因此根據該結果，O、S的除去速度特別大，這可推測為在還原處理的初期30分鐘內通過使銅水的攪拌能力增加，還原反應得到促進。
實施例1為確認在還原處理中空氣流量增加(銅水攪拌能力的增加)的效果，與以往的還原條件(在表2中後述)相比，進一步使空氣流量增加，進行還原處理，調查了其對還原時間及LPG單耗的影響。此外，使空氣流量增加的時區按本發明中為還原開始起至30分鐘之間、比較例1為還原開始起至45分鐘之間、比較例2為還原開起始至結束那樣變化，調查了該變化的影響。
表1
根據表1，在比較例1、2中，還原時間在110分鐘以上，LPG單耗為3.11kg/t以上，然而使空氣流量自還原開始起僅在30分鐘之內增加的本發明之例中，還原時間最短，為90分鐘，並且LPG的單耗也最少，為2.99kg/t。
另外即使在實施例1的本發明中表明的條件下，通過還原處理，O濃度也從0.6～1.0mass％降到了0.1mass％以下，S的濃度也從60～80mass ppm降低到了30mass ppm以下。
為在實際操作中證實實施例1的效果，在如下的精練爐上進行了3個月作業，將還原時間及LPG的單耗的實際結果與以往的實際結果進行了比較。
即，在還原處理開始前，用消耗型熱電偶測定銅水的溫度，針對該銅水溫度，如表2所示，確定本發明的LPG吹入流量及空氣流量，進行了還原處理。
在以往還原處理中的空氣比是0.03～0.15，在本發明中，將還原處理初期30分鐘以內的空氣比以往增大了0.03～0.04。
另外在表2中，在還原開始前銅水溫度從1115℃到1130℃以上的各例中，在中途經改變LPG流量，改變了LPG/空氣的流量比。
再者，該試驗結果示於表3。
表2
表3
若根據表3，在還原前銅水溫度從1110℃到1130℃以上的各例中，在本發明的LPG、空氣流量的條件下，與以往相比，觀察到在所有的溫度範圍內還原時間的縮短效果。
並且平均還原時間可縮短約15％，從以往的114分鐘降低至97分鐘。LPG的單耗可從以往的3.36kg/t減少到3.23kg/t。
此外，通過還原處理，O濃度從0.6～1.0mass％降低至0.1mass％以下，S濃度從60～80mass ppm降低至30mass ppm以下，精煉粗銅的品質則與以往的沒有不同。
權利要求
1.一種精煉爐的操作方法，其特徵在於在銅的精練爐中，在還原工序的初期階段(未滿整個還原時間的1/2)，按相對還原氣體的空氣比為0.07～0.15吹入空氣，強制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應得以促進，以此進行操作，縮短精煉爐的操作時間。
2.一種精煉爐的操作方法，其特徵在於在銅的精練爐中，在還原工序的初期階段(未滿整個還原時間的1/2)，按相對還原氣體空氣比為0.07～0.15吹入空氣，強制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應得以促進，之後，與初期相比，將空氣比降低0.03～0.04進行操作，縮短精煉爐的操作時間。
全文摘要
一種精煉爐的操作方法，其特徵在於在銅的精練爐中，在還原工序的初期階段(未滿整個還原時間的1/2)，按相對還原氣體的空氣比為0.07～0.15吹入空氣，強制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應得以促進，之後，與初期相比，將空氣比降低0.03～0.04進行操作，縮短精煉爐的作業時間。根據本發明，不增加以往的還原劑及空氣等含氧氣體的最大流量的基礎上能夠縮短還原工序的時間，並且使還原結束時的銅水溫度可靠且穩定地確保在目標最低出銅水溫度以上，以防止能源成本的提高。
文檔編號C22B15/14GK1661121SQ20041010030
公開日2005年8月31日 申請日期2004年12月9日 優先權日2004年2月27日
發明者佐久間裕之, 橋內文生 申請人:日礦金屬株式會社