專利名稱：精煉爐的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于采用自熔爐、轉(zhuǎn)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(guān)于在精煉爐中的氧化工序后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(jìn)行還原的方法。
背景技術(shù)：
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，有在自熔爐中先煉制出冰銅，用轉(zhuǎn)爐處理該冰銅，制得銅含量達(dá)98.5mass％左右的粗銅，再對該粗銅進(jìn)行精煉，使銅含量提高達(dá)到99.3mass％～99.5mass％左右之后，鑄成銅陽極，最后進(jìn)行電解精煉的工藝過程。
在這種情況下，作為粗銅的干式精煉的具體方法，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(zhuǎn)爐的粗銅之中并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后將氧含量降低到0.01～0.1mass％的還原工序組成。作為后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(jié)束后，通常是從精煉爐中將銅水出爐，通過流槽等將銅水導(dǎo)入鑄造機(jī)，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盡量接近鑄造的最適宜溫度，即預(yù)算了自精煉爐至鑄造機(jī)之間產(chǎn)生的溫度降低量的溫度(以下將此記為“目標(biāo)出銅水溫度”)，或?qū)⒊鲢~水溫度設(shè)定在鑄造機(jī)的允許最低鑄造溫度以上，即預(yù)算了自精煉爐至鑄造機(jī)之間產(chǎn)生的溫度降低量后的溫度(以下將此記為“目標(biāo)最低出銅水溫度”)以上。
目標(biāo)出銅水溫度因精煉爐至鑄造機(jī)的流槽等的長度及構(gòu)造，或出銅水的程度等而各異。但一般多設(shè)定在1160～1200℃左右，因此通常將目標(biāo)最低出銅水溫度設(shè)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(nèi)的銅水量及爐的構(gòu)造，或者來自轉(zhuǎn)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(dāng)目標(biāo)最低出銅水溫度設(shè)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個是為了作為后續(xù)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％，在后者中，是將銅水溫度加熱到1160℃以上。
作為達(dá)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，「粗銅干式精練中的還原處理方法」)的公開(特許文獻(xiàn)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(diào)整還原劑(烴類氣體)與空氣等含氧氣體的流量比，進(jìn)行還原處理，使溫度在還原后升高到目標(biāo)最低出銅水溫度。
于此，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，還原后的銅水溫度則達(dá)不到目標(biāo)溫度，很可能有必要通過重油噴燃器等對還原后的銅水加溫。并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(yù)料會給操作帶來障礙。再者因設(shè)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(yè)株式會社)(特許文獻(xiàn)2)的公開，但那是根據(jù)來自轉(zhuǎn)爐的粗銅的硫濃度來調(diào)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(fā)明根本不同。
特開2000-290735號[特許文獻(xiàn)2]特開2000-178665號

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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么增加，而能夠使還原工序的時間縮短，另外還原結(jié)束時的銅水溫度可靠并穩(wěn)定，且確保在目標(biāo)最低出銅水溫度以上，以防止能源成本的提高。
本發(fā)明的發(fā)明者們對于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(guān)系進(jìn)行嚴(yán)密探究后的結(jié)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(yīng)得到促進(jìn)，特別發(fā)現(xiàn)在還原初期的30分鐘內(nèi)，該兩者的去除速度達(dá)到最高，并且該去除反應(yīng)與銅水的攪拌力度有密切的關(guān)系。
即，本發(fā)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(qiáng)制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應(yīng)得以促進(jìn)，以此進(jìn)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(qiáng)制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應(yīng)得以促進(jìn)，之后與初期階段相比，將空氣比降低0.03～0.04后操作，縮短精煉爐的操作時間。
如果按照本發(fā)明(1)能夠?qū)⑦€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?qū)⑦€原時的烴氣體(本發(fā)明中為LPG)的單耗從3.4kg/t減少到3.2kg/t。
(3)還原工序結(jié)束后的銅水溫度能夠穩(wěn)定地保持在目標(biāo)最低出銅水溫度(1160℃)以上，還原工序后沒必要采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(nèi)，即使大幅度增加空氣量，也可將還原結(jié)束時的銅水溫度確保在所定的溫度(目標(biāo)出銅水溫度，或目標(biāo)最低出銅水溫度以上)，還原結(jié)束后，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，若采用消耗型熱電偶也可以。并且，根據(jù)已經(jīng)測定的還原開始前的銅水溫度而進(jìn)行的烴類氣體與空氣的流量比的調(diào)整，操作者既可以采用手動調(diào)整，也可以按照預(yù)先確定的圖表及關(guān)系式自動地進(jìn)行調(diào)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于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后只生成CO2及H2O。具體而言，理想的是吹入的空氣量設(shè)定在理論空氣燃燒量的3～30％(空氣比0.03～0.30)范圍內(nèi)，因此即使在根據(jù)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(shè)定成按照烴類氣體的成分組成獲得空氣比為0.03～0.30范圍內(nèi)的空氣吹入量。
(精煉爐內(nèi)的氧及硫的濃度變化確認(rèn)試驗)采用400噸的圓筒臥式傾轉(zhuǎn)式的精煉爐，以如下方法對410噸Cu純度為98.5mass％的粗銅進(jìn)行了精煉。即向預(yù)先利用重油噴燃器的燃燒來保溫的精煉爐中注入來自轉(zhuǎn)爐的第1爐粗銅銅水205噸后，又注入來自轉(zhuǎn)爐的第2爐粗銅205噸。并且該粗銅經(jīng)扒渣后變?yōu)?00噸。且在注入粗銅的過程中，精煉爐爐內(nèi)仍在用重油噴燃器保溫。
這樣在將來自轉(zhuǎn)爐的第2爐粗銅銅水注入后，再經(jīng)過爐渣扒渣后，作為氧化處理工序，從銅水下面的風(fēng)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(jié)束后的還原工序，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(fēng)口吹入。
在此，為調(diào)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(jìn)(m≤4；n≤10)通過該反應(yīng)，CO、H2、CmHn(m≤4；n≤10)有助于還原去除銅水中的氧。此外，上述反應(yīng)是部分燃燒反應(yīng)，吹入的氧成分量越多，產(chǎn)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(fā)明中，與特開2000-290735號相同，先測定氧化工序完成后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(diào)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(diào)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(diào)低，抑制還原處理中溫度的升高量，以此進(jìn)行控制，使還原處理結(jié)束時銅水溫度接近目標(biāo)出銅水溫度。
即在本發(fā)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(qiáng)制攪拌銅水。
更具體地講，在本發(fā)明中，如

圖1所示，僅在還原初期30分鐘以內(nèi)，通過吹入以往的1.5～2.0倍的空氣(相當(dāng)于相對還原氣體的空氣比為0.07～0.15)，提高還原初期的銅水?dāng)嚢枘芰?，使脫氧及脫硫反?yīng)得到促進(jìn)。這是基于注意到O、S的去除速度在還原初期30分鐘以內(nèi)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。
并且還有在還原初期使銅水溫度上升的目的，這是基于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(yīng)速度加快的效果。
此外，還原開始后30分鐘起至還原結(jié)束之間，將空氣比設(shè)定為0.03～0.15，而對于從風(fēng)口吹入的還原劑與空氣流量的操作條件，本發(fā)明與以往的沒有不同。
其結(jié)果在本發(fā)明中，由于在還原處理初期30分鐘以內(nèi)銅水?dāng)嚢枘芰般~水溫度上升量的增加，脫氧反應(yīng)得到促進(jìn)，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(nèi)，即使大幅度增加空氣量，也可將還原結(jié)束時的銅水溫度確保在所定的溫度(目標(biāo)出銅水溫度，或目標(biāo)最低出銅水溫度以上)，還原結(jié)束后，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，若采用消耗型熱電偶也可以。并且，根據(jù)已經(jīng)測定的還原開始前的銅水溫度而進(jìn)行的烴類氣體與空氣的流量比的調(diào)整，操作者既可以采用手動調(diào)整，也可以按照預(yù)先確定的圖表及關(guān)系式自動地進(jìn)行調(diào)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于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后只生成CO2及H2O。具體而言，理想的是吹入的空氣量設(shè)定在理論空氣燃燒量的3～30％(空氣比0.03～0.30)范圍內(nèi)，因此即使在根據(jù)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(shè)定成按照烴類氣體的成分組成獲得空氣比為0.03～0.30范圍內(nèi)的空氣吹入量。
(精煉爐內(nèi)的氧及硫的濃度變化確認(rèn)試驗)采用400噸的圓筒臥式傾轉(zhuǎn)式的精煉爐，以如下方法對410噸Cu純度為98.5mass％的粗銅進(jìn)行了精煉。即向預(yù)先利用重油噴燃器的燃燒來保溫的精煉爐中注入來自轉(zhuǎn)爐的第1爐粗銅銅水205噸后，又注入來自轉(zhuǎn)爐的第2爐粗銅205噸。并且該粗銅經(jīng)扒渣后變?yōu)?00噸。且在注入粗銅的過程中，精煉爐爐內(nèi)仍在用重油噴燃器保溫。
這樣在將來自轉(zhuǎn)爐的第2爐粗銅銅水注入后，再經(jīng)過爐渣扒渣后，作為氧化處理工序，從銅水下面的風(fēng)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(jié)束后的還原工序，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(fēng)口吹入。
在此，為調(diào)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(jìn)行還原處理情況下的銅水中O、S的濃度變化。
根據(jù)圖2，O、S均在初期的30分鐘(圖中涂以灰色的部分)之內(nèi)出現(xiàn)最顯著的濃度下降。并且，這樣的取樣調(diào)查雖進(jìn)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(yīng)是氣液反應(yīng)，反應(yīng)速度快，一般被稱為質(zhì)量傳遞控制反應(yīng)。因此根據(jù)該結(jié)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(nèi)通過使銅水的攪拌能力增加，還原反應(yīng)得到促進(jìn)。
實施例1為確認(rèn)在還原處理中空氣流量增加(銅水?dāng)嚢枘芰Φ脑黾?的效果，與以往的還原條件(在表2中后述)相比，進(jìn)一步使空氣流量增加，進(jìn)行還原處理，調(diào)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(qū)按本發(fā)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(jié)束那樣變化，調(diào)查了該變化的影響。
表1

根據(jù)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(nèi)增加的本發(fā)明之例中，還原時間最短，為90分鐘，并且LPG的單耗也最少，為2.99kg/t。
另外即使在實施例1的本發(fā)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(jìn)行了3個月作業(yè)，將還原時間及LPG的單耗的實際結(jié)果與以往的實際結(jié)果進(jìn)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(fā)明的LPG吹入流量及空氣流量，進(jìn)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(fā)明中，將還原處理初期30分鐘以內(nèi)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(jīng)改變LPG流量，改變了LPG/空氣的流量比。
再者，該試驗結(jié)果示于表3。
表2

表3

若根據(jù)表3，在還原前銅水溫度從1110℃到1130℃以上的各例中，在本發(fā)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范圍內(nèi)還原時間的縮短效果。
并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(zhì)則與以往的沒有不同。
權(quán)利要求
1.一種精煉爐的操作方法，其特征在于在銅的精練爐中，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(qiáng)制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應(yīng)得以促進(jìn)，以此進(jìn)行操作，縮短精煉爐的操作時間。
2.一種精煉爐的操作方法，其特征在于在銅的精練爐中，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(qiáng)制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應(yīng)得以促進(jìn)，之后，與初期相比，將空氣比降低0.03～0.04進(jìn)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，其特征在于在銅的精練爐中，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(qiáng)制攪拌銅水，使還原氣體與氧的反應(yīng)得以促進(jìn)，之后，與初期相比，將空氣比降低0.03～0.04進(jìn)行操作，縮短精煉爐的作業(yè)時間。根據(jù)本發(fā)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(chǔ)上能夠縮短還原工序的時間，并且使還原結(jié)束時的銅水溫度可靠且穩(wěn)定地確保在目標(biāo)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(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者佐久間裕之, 橋內(nèi)文生 申請人:日礦金屬株式會社