酸素供給設備
【課題】製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、かつそれらの燃焼用気体として酸素富化空気を用いる製錬方法において、酸素プラントで製造した低圧酸素を、酸素圧縮機で圧縮し、得られた高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する際に、より一層省エネルギー化した運転が行なえる酸素供給設備を提供する。
【解決手段】少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラント１と、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機８，９と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダー１８とを有し、該高圧酸素を自熔炉２２と転炉２３へ供給する酸素供給設備であって、一方の酸素圧縮機８の出口配管１０を前記自熔炉２２への高圧酸素供給配管１９に結合し、他方の酸素圧縮機９の出口配管１３を前記酸素ホルダー１８の受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダー１８の出口配管２０を前記転炉２３への高圧酸素供給配管２０に結合することを特徴とする。
【解決手段】少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラント１と、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機８，９と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダー１８とを有し、該高圧酸素を自熔炉２２と転炉２３へ供給する酸素供給設備であって、一方の酸素圧縮機８の出口配管１０を前記自熔炉２２への高圧酸素供給配管１９に結合し、他方の酸素圧縮機９の出口配管１３を前記酸素ホルダー１８の受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダー１８の出口配管２０を前記転炉２３への高圧酸素供給配管２０に結合することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素供給設備に関し、さらに詳しくは、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、かつそれらの燃焼用気体として酸素富化空気を用いる製錬方法において、高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する際に、より一層省エネルギー化した運転が行なえる酸素供給設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅製錬方法として、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、粗銅を製造する方法が広く行なわれている。この方法では、まず、銅硫化精鉱、珪酸鉱、石灰石などの溶剤、粉コークス、煙灰、工程間の繰り返し原料等を混合し、続いて乾燥して得た乾燥物を、燃焼用気体とともに、自熔炉内に吹込む。前記自熔炉内では、前記乾燥物中の鉄及びイオウを酸化燃焼させて高温熔融反応を進め、最終的に銅品位が６０質量％程度のマットと、鉄及び珪酸を主成分とするスラグとを製造する。その後、転炉では、前記マット中に燃焼用気体を吹き込み、必要に応じて冷剤を炉内に投入し、最終的に転炉スラグと粗銅とを製造する。通常、得られた粗銅は、さらに精製炉で吹錬された後、鋳造される。得られた精製アノードは、電解精製工程に送られ、ここで電気銅が製造される。
【０００３】
上記燃焼用気体としては、当初、予熱した空気が用いられており、この際、自熔炉及び転炉での生産量を増大するためには、予熱空気の吹込み量を増加することが必要であった。しかしながら、予熱空気の吹込み量の増加は、製錬炉に付帯する排ガス処理設備の増強を必要とするため、新規プラント建設の場合を除けば、その実施は実質的に困難であった。
この解決策として、燃焼用気体として、空気から分離された酸素濃度８０質量％以上の酸素を混合し、空気中の酸素濃度を高めた酸素富化空気を用いることにより、生産量の増大が図られてきた。このため、上記の銅製錬方法を採用している製錬所では、内部に酸素プラントを備えており、ここで製造された酸素を酸素供給設備によって製錬炉に供給している。ところが、空気から酸素富化空気に用いる酸素を得るためには、例えば、自熔炉の生産能力を７５ｔ／ｈから９０ｔ／ｈへ１．２倍に高める際、酸素プラントのコストは１．４７倍となる（例えば、非特許文献１参照。）と云われているなど、使用電力の大きな増加に繋がる。
【０００４】
ところで、自熔炉を用いる銅製錬法は、本来、銅硫化精鉱中の鉄及びイオウの酸化燃焼により高温反応が進行するものであり、特別に燃料を必要としない省エネルギー型の製錬法である。しかしながら、このような自熔炉を用いる銅製錬法でも、単位炉当たりの生産量の増大にともない、酸素富化空気に用いる酸素の供給のための電力コストが上昇し、省エネルギー型製錬法とは必ずしも云えなくなりつつある。
【０００５】
この解決策として、銅硫化精鉱の一部を酸化焙焼し、得られた酸化焙焼鉱及び／又は該酸化焙焼鉱から硫酸水溶液を用いて銅を浸出した後の残滓を、銅硫化精鉱とともに、自熔炉などの製錬炉で熔錬する方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。この方法によれば、自熔炉などの製錬炉で、酸化焙焼鉱中の銅及び鉄と反応している酸素を有効に利用することができるので、高価な酸素を使用しなくとも銅硫化精鉱の処理量を増加させ、銅生産性が増大するとしている。しかも、硫化銅鉱の焙焼は自燃焙焼となるので焙焼工程が追加されることによる燃料コストの増加はほとんど問題にならない程度であるとしている。
【０００６】
しかしながら、この方法では、酸化焙焼により発生した排ガス中の二酸化イオウを、例えば硫酸として回収するため、酸化焙焼炉の排ガスを排ガス処理設備で処理することが不可欠である。したがって、この方法を採用しても、排ガス処理設備の増強が必要であり、単位炉当たりの生産性を高める上での本来的な問題点を解決することができない。
このような状況から、酸素富化空気に用いる酸素の供給のために要する電力コストの削減について、別の視点からの解決策が求められている。
【０００７】
ここで、従来の酸素供給設備とその運転方法を図面を参照して説明する。
上記の銅製錬方法を採用している製錬所に設置されている酸素プラントから製錬炉に酸素を供給するシステムとしては、図１に例示したような酸素供給設備を用いるのが一般的である。図１は、従来の酸素供給設備の設備構成図である。ここで、酸素供給設備から酸素富化空気に用いる高圧酸素が供給される自熔炉と転炉も記載している。
【０００８】
図１において、酸素プラント１で製造された低圧酸素は、低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管を経て、その後分岐された低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統と低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管系統とで、それぞれ酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９の２台の酸素圧縮機へ供給される。この低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管には、放風弁３と低圧酸素流量計（１）４を、また低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統には、低圧酸素流量計（２）７を設けている。
【０００９】
前記酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９とでは、低圧酸素を圧縮して高圧酸素を得る。前記酸素圧縮機８、９で得られた高圧酸素は、それぞれ高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管とで酸素ホルダー１８へ供給され、蓄えられる。前記高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれに設けたバルブの高圧酸素の供給側に高圧酸素圧力計（１）１０と高圧酸素圧力計（２）１３を設けている。
【００１０】
また、前記高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれ低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（１）１２と、低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（２）１５とを設けている。さらに、前記酸素圧縮機バイパス配管１２、１５には、それぞれ圧力調節弁（１）１１と圧力調節弁（２）１４を設けている。
前記酸素ホルダー１８に蓄えられた高圧酸素は、自熔炉行き高圧酸素配管１９と転炉行き高圧酸素配管２０を経由して、酸素富化空気を用いる自熔炉２２と転炉２３へ供給される。
【００１１】
上記酸素供給設備の運転方法において、酸素ホルダー１８の圧力が、自熔炉２２と転炉２３のいずれかのより高圧を必要とする方の圧力に対応するように、２台の酸素圧縮機８、９の運転が設定され、圧力が調整される。具体的には、図１の酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９との２系統に設置した高圧酸素圧力計（１）１０と高圧酸素圧力計（２）１３とにより測定されたそれぞれの出口圧力を、自熔炉２２と転炉２３のいずれかのより高圧を必要とする方の圧力になるように、圧力調節弁（１）１１と圧力調節弁（２）１４とで制御する圧力制御（ＰＩＣ）を行ないながら、酸素ホルダー１８に高圧酸素を供給する。
【００１２】
ところで、自熔炉の操業は連続操業であり、一方転炉の操業は間欠操業である。すなわち、自熔炉で使用する高圧酸素の流量はほぼ一定であるのに対し、転炉で使用する高圧酸素の流量は間欠的である。そのため、定常操業時において、転炉でのピーク使用時が過ぎて酸素ホルダーの圧力が設定値になったときには、酸素圧縮機（１）８の運転は、吐出側の高圧酸素を酸素圧縮機バイパス配管（１）１２経由で吸入側に戻すバイパス運転に切り替え、一方酸素圧縮機（２）９の運転を停止させる手順をとり、省エネギー対策としている。
なお、酸素プラントは、２台の酸素圧縮機を定格運転する時にも供給できる低圧酸素量を確保しておく必要があるため、連続運転する。
【００１３】
上記運転方法における酸素プラント１の放風弁３からの酸素放風量を、図を用いて説明する。図２は、従来の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す。
図２より、２台の酸素圧縮機を定格運転する時にも供給できる低圧酸素量を確保しておく必要があるため、転炉の停止期間（図中で、転炉用酸素流量が底値を示す。）には、余剰酸素（図中で、酸素プラント放風量の変動巾にあたる。）が発生し、酸素プラントからの低圧酸素に余剰が生じて、放風弁による放風量が多くなり損失となっていた。
【００１４】
【特許文献１】特開平０８−２１８１２８号公報（第１頁、第２頁）
【非特許文献１】資源と素材、資源素材学会、１９９３年、「非鉄製錬号」、ｐ．９７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、かつそれらの燃焼用気体として酸素富化空気を用いる製錬方法において、酸素プラントで製造した低圧酸素を、酸素圧縮機で圧縮し、得られた高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する際に、より一層省エネルギー化した運転が行なえる酸素供給設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記目的を達成するために、低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備において、その運転時の省エネルギー化について、鋭意研究を重ねた結果、一方の酸素圧縮機は、その出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合して自熔炉専用として用いること、及び他方の酸素圧縮機は、その出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管と結合して用いることを実施したところ、より一層省エネルギー化した運転が行なえることを見出し、本発明を完成した。
【００１７】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備であって、
一方の酸素圧縮機の出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合し、他方の酸素圧縮機の出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管に結合することを特徴とする酸素供給設備が提供される。
【００１８】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記酸素圧縮機は、供給される低圧酸素を流量制御する手段を有することを特徴とする酸素供給設備が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の酸素供給設備は、自熔炉と転炉に必要な高圧酸素を確保しながら、酸素プラントからの放風量を低減することができ、しかもこれにより得られる低圧酸素の余剰分を自熔炉に使用することができるので、使用電力の削減、自熔炉での銅硫化精鉱の増処理などにおいて、その工業的価値は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の酸素供給設備は、少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備であって、
一方の酸素圧縮機の出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合し、他方の酸素圧縮機の出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管に結合することを特徴とする。
さらに、前記圧力調節弁付き酸素圧縮機は、それぞれ供給される低圧酸素を流量制御する手段を有することができる。
【００２１】
本発明において、２台を備える酸素圧縮機の一方を、その出口配管を自熔炉への高圧酸素供給配管と結合して自熔炉専用とし、他方を、その出口配管を酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、酸素ホルダーを介し、転炉に高圧酸素を供給することに用いることが重要である。すなわち、このことは、自熔炉の操業が連続操業であり、一方転炉の操業が間欠操業であるという、製錬炉として自熔炉と転炉を用いる銅製錬方法の操業形態に適応させたものである。
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明の酸素供給設備の実施の一形態について説明するが、本発明は、これらの実施の形態によってなんら限定されるものではない。
図３は、本発明の酸素供給設備の設備構成図を例示する。ここで、酸素供給設備から酸素富化空気に用いる高圧酸素が供給される自熔炉と転炉も記載している。
本発明の酸素供給設備は、従来の、図１に例示した酸素供給設備に対し、主として、一方の酸素圧縮機から自熔炉へ高圧酸素を供給する配管と、両方の酸素圧縮機へ供給する低圧酸素の制御手段とにおいて、改造を施したものである。
【００２３】
図３において、酸素プラント１で製造された低圧酸素は、低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管を経て、その後分岐された低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統と低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管系統とで、それぞれ酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９の２台の酸素圧縮機へ供給される。この低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管には、放風弁３と低圧酸素流量計（１）４を、また低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統には、低圧酸素流量計（２）７を設けている。
【００２４】
前記酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９とでは、それぞれ低圧酸素を圧縮して高圧酸素を得る。
ここで、前記酸素圧縮機８で得られた高圧酸素は、酸素ホルダー１８を介さずに、新設の自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１を経由して、自熔炉行き高圧酸素配管１９から自熔炉２２へ供給される。なお、自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１は、高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と自熔炉行き高圧酸素配管１９とのバイパスを形成するため、両配管とそれぞれ結合するものである。ここで、高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管は、バルブを閉じることにより休止される。また、自熔炉行き高圧酸素配管１９の酸素ホルダー１８の出口側は、バルブ（図示していない。）を閉じることにより休止される。一方、前記酸素圧縮機９で得られた高圧酸素は、高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管で酸素ホルダー１８へ供給され蓄えられる。前記酸素ホルダー１８に蓄えられた高圧酸素は、転炉行き高圧酸素配管２０を経由して、酸素富化空気を用いる転炉２３へ供給される。
【００２５】
前記自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれのバルブの高圧酸素の供給側に高圧酸素圧力計（１）１０と高圧酸素圧力計（２）１３を設けている。
また、前記自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれ低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（１）１２と、低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（２）１５とを設けている。さらに、前記酸素圧縮機バイパス配管１２、１５には、それぞれ圧力調節弁（１）１１と圧力調節弁（２）１４を設けている。
【００２６】
上記酸素供給設備の運転方法において、酸素圧縮機８と酸素圧縮機９へ供給される低圧酸素は、それぞれこれを流量制御する手段を用いて制御される。すなわち、酸素圧縮機８は、自熔炉専用として稼動し、低圧酸素流量計（２）７の流量値をほぼ一定に保つように圧力調節弁（１）１１を用いて流量制御（ＦＩＣ）を行う。一方、酸素圧縮機９は、転炉専用として稼動し、低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管を通過する低圧酸素の流量をほぼ一定に保つように圧力調節弁（２）１４を用いて流量制御（ＦＩＣ）を行う。
上記酸素供給設備では、従来の酸素供給設備では、転炉の停止期間に放出していた余剰の低圧酸素を自熔炉２２で使用することができるため、酸素プラント１から放風弁３で放出していた低圧酸素放風量を低減することができる。
【００２７】
上記運転方法における酸素プラント１の放風弁３からの酸素放風量について、図を用いて説明する。図４は、本発明の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す。
図４より、１台の酸素圧縮機を自熔炉専用に一定流量で運転しても、他の１台の酸素圧縮機で、転炉に必要な下限以上の圧力に酸素ホルダー圧力を保持することができること、及び本発明の酸素供給設備を用いた場合の酸素プラント放風量が、従来の酸素供給設備の場合と比較して小さいこと、が分かる。この酸素プラント放風量の違い（図中の酸素プラント放風量と従来運転における酸素プラント平均放風量の差にあたる。）は、この分の低圧酸素を自熔炉で使用することができたことによるものである。
したがって、本発明の酸素供給設備を用いれば、低圧酸素の放風量を最低限にまで抑制し、使用電力を削減し、また自熔炉で銅硫化精鉱を増処理することが達成される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上より明らかなように、本発明の酸素供給設備は、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、かつそれらの燃焼用気体として酸素富化空気を用いる製錬方法において、より一層省エネルギー化した運転が行なえるものであるので、銅硫化精鉱の製錬分野で利用される酸素供給設備として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の酸素供給設備の設備構成図である。
【図２】従来の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す図である。
【図３】本発明の酸素供給設備の設備構成図である。
【図４】本発明の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 酸素プラント
２ 低圧酸素配管バルブ（１）
３ 放風弁
４ 低圧酸素流量計（１）
５ 低圧酸素配管バルブ（２）
６ 低圧酸素配管バルブ（３）
７ 低圧酸素流量計（２）
８ 酸素圧縮機（１）
９ 酸素圧縮機（２）
１０ 高圧酸素圧力計（１）
１１ 圧力調節弁（１）
１２ 酸素圧縮機バイパス配管（１）
１３ 高圧酸素圧力計（２）
１４ 圧力調節弁（１）
１５ 酸素圧縮機バイパス配管（２）
１６ 高圧酸素配管バルブ（１）
１７ 高圧酸素配管バルブ（２）
１８ 酸素ホルダー
１９ 自熔炉行き高圧酸素配管
２０ 転炉行き高圧酸素配管
２１ 自熔炉行き高圧酸素バイパス配管
２２ 自熔炉
２３ 転炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素供給設備に関し、さらに詳しくは、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、かつそれらの燃焼用気体として酸素富化空気を用いる製錬方法において、高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する際に、より一層省エネルギー化した運転が行なえる酸素供給設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅製錬方法として、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、粗銅を製造する方法が広く行なわれている。この方法では、まず、銅硫化精鉱、珪酸鉱、石灰石などの溶剤、粉コークス、煙灰、工程間の繰り返し原料等を混合し、続いて乾燥して得た乾燥物を、燃焼用気体とともに、自熔炉内に吹込む。前記自熔炉内では、前記乾燥物中の鉄及びイオウを酸化燃焼させて高温熔融反応を進め、最終的に銅品位が６０質量％程度のマットと、鉄及び珪酸を主成分とするスラグとを製造する。その後、転炉では、前記マット中に燃焼用気体を吹き込み、必要に応じて冷剤を炉内に投入し、最終的に転炉スラグと粗銅とを製造する。通常、得られた粗銅は、さらに精製炉で吹錬された後、鋳造される。得られた精製アノードは、電解精製工程に送られ、ここで電気銅が製造される。
【０００３】
上記燃焼用気体としては、当初、予熱した空気が用いられており、この際、自熔炉及び転炉での生産量を増大するためには、予熱空気の吹込み量を増加することが必要であった。しかしながら、予熱空気の吹込み量の増加は、製錬炉に付帯する排ガス処理設備の増強を必要とするため、新規プラント建設の場合を除けば、その実施は実質的に困難であった。
この解決策として、燃焼用気体として、空気から分離された酸素濃度８０質量％以上の酸素を混合し、空気中の酸素濃度を高めた酸素富化空気を用いることにより、生産量の増大が図られてきた。このため、上記の銅製錬方法を採用している製錬所では、内部に酸素プラントを備えており、ここで製造された酸素を酸素供給設備によって製錬炉に供給している。ところが、空気から酸素富化空気に用いる酸素を得るためには、例えば、自熔炉の生産能力を７５ｔ／ｈから９０ｔ／ｈへ１．２倍に高める際、酸素プラントのコストは１．４７倍となる（例えば、非特許文献１参照。）と云われているなど、使用電力の大きな増加に繋がる。
【０００４】
ところで、自熔炉を用いる銅製錬法は、本来、銅硫化精鉱中の鉄及びイオウの酸化燃焼により高温反応が進行するものであり、特別に燃料を必要としない省エネルギー型の製錬法である。しかしながら、このような自熔炉を用いる銅製錬法でも、単位炉当たりの生産量の増大にともない、酸素富化空気に用いる酸素の供給のための電力コストが上昇し、省エネルギー型製錬法とは必ずしも云えなくなりつつある。
【０００５】
この解決策として、銅硫化精鉱の一部を酸化焙焼し、得られた酸化焙焼鉱及び／又は該酸化焙焼鉱から硫酸水溶液を用いて銅を浸出した後の残滓を、銅硫化精鉱とともに、自熔炉などの製錬炉で熔錬する方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。この方法によれば、自熔炉などの製錬炉で、酸化焙焼鉱中の銅及び鉄と反応している酸素を有効に利用することができるので、高価な酸素を使用しなくとも銅硫化精鉱の処理量を増加させ、銅生産性が増大するとしている。しかも、硫化銅鉱の焙焼は自燃焙焼となるので焙焼工程が追加されることによる燃料コストの増加はほとんど問題にならない程度であるとしている。
【０００６】
しかしながら、この方法では、酸化焙焼により発生した排ガス中の二酸化イオウを、例えば硫酸として回収するため、酸化焙焼炉の排ガスを排ガス処理設備で処理することが不可欠である。したがって、この方法を採用しても、排ガス処理設備の増強が必要であり、単位炉当たりの生産性を高める上での本来的な問題点を解決することができない。
このような状況から、酸素富化空気に用いる酸素の供給のために要する電力コストの削減について、別の視点からの解決策が求められている。
【０００７】
ここで、従来の酸素供給設備とその運転方法を図面を参照して説明する。
上記の銅製錬方法を採用している製錬所に設置されている酸素プラントから製錬炉に酸素を供給するシステムとしては、図１に例示したような酸素供給設備を用いるのが一般的である。図１は、従来の酸素供給設備の設備構成図である。ここで、酸素供給設備から酸素富化空気に用いる高圧酸素が供給される自熔炉と転炉も記載している。
【０００８】
図１において、酸素プラント１で製造された低圧酸素は、低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管を経て、その後分岐された低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統と低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管系統とで、それぞれ酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９の２台の酸素圧縮機へ供給される。この低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管には、放風弁３と低圧酸素流量計（１）４を、また低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統には、低圧酸素流量計（２）７を設けている。
【０００９】
前記酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９とでは、低圧酸素を圧縮して高圧酸素を得る。前記酸素圧縮機８、９で得られた高圧酸素は、それぞれ高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管とで酸素ホルダー１８へ供給され、蓄えられる。前記高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれに設けたバルブの高圧酸素の供給側に高圧酸素圧力計（１）１０と高圧酸素圧力計（２）１３を設けている。
【００１０】
また、前記高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれ低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（１）１２と、低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（２）１５とを設けている。さらに、前記酸素圧縮機バイパス配管１２、１５には、それぞれ圧力調節弁（１）１１と圧力調節弁（２）１４を設けている。
前記酸素ホルダー１８に蓄えられた高圧酸素は、自熔炉行き高圧酸素配管１９と転炉行き高圧酸素配管２０を経由して、酸素富化空気を用いる自熔炉２２と転炉２３へ供給される。
【００１１】
上記酸素供給設備の運転方法において、酸素ホルダー１８の圧力が、自熔炉２２と転炉２３のいずれかのより高圧を必要とする方の圧力に対応するように、２台の酸素圧縮機８、９の運転が設定され、圧力が調整される。具体的には、図１の酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９との２系統に設置した高圧酸素圧力計（１）１０と高圧酸素圧力計（２）１３とにより測定されたそれぞれの出口圧力を、自熔炉２２と転炉２３のいずれかのより高圧を必要とする方の圧力になるように、圧力調節弁（１）１１と圧力調節弁（２）１４とで制御する圧力制御（ＰＩＣ）を行ないながら、酸素ホルダー１８に高圧酸素を供給する。
【００１２】
ところで、自熔炉の操業は連続操業であり、一方転炉の操業は間欠操業である。すなわち、自熔炉で使用する高圧酸素の流量はほぼ一定であるのに対し、転炉で使用する高圧酸素の流量は間欠的である。そのため、定常操業時において、転炉でのピーク使用時が過ぎて酸素ホルダーの圧力が設定値になったときには、酸素圧縮機（１）８の運転は、吐出側の高圧酸素を酸素圧縮機バイパス配管（１）１２経由で吸入側に戻すバイパス運転に切り替え、一方酸素圧縮機（２）９の運転を停止させる手順をとり、省エネギー対策としている。
なお、酸素プラントは、２台の酸素圧縮機を定格運転する時にも供給できる低圧酸素量を確保しておく必要があるため、連続運転する。
【００１３】
上記運転方法における酸素プラント１の放風弁３からの酸素放風量を、図を用いて説明する。図２は、従来の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す。
図２より、２台の酸素圧縮機を定格運転する時にも供給できる低圧酸素量を確保しておく必要があるため、転炉の停止期間（図中で、転炉用酸素流量が底値を示す。）には、余剰酸素（図中で、酸素プラント放風量の変動巾にあたる。）が発生し、酸素プラントからの低圧酸素に余剰が生じて、放風弁による放風量が多くなり損失となっていた。
【００１４】
【特許文献１】特開平０８−２１８１２８号公報（第１頁、第２頁）
【非特許文献１】資源と素材、資源素材学会、１９９３年、「非鉄製錬号」、ｐ．９７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、かつそれらの燃焼用気体として酸素富化空気を用いる製錬方法において、酸素プラントで製造した低圧酸素を、酸素圧縮機で圧縮し、得られた高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する際に、より一層省エネルギー化した運転が行なえる酸素供給設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記目的を達成するために、低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備において、その運転時の省エネルギー化について、鋭意研究を重ねた結果、一方の酸素圧縮機は、その出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合して自熔炉専用として用いること、及び他方の酸素圧縮機は、その出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管と結合して用いることを実施したところ、より一層省エネルギー化した運転が行なえることを見出し、本発明を完成した。
【００１７】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備であって、
一方の酸素圧縮機の出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合し、他方の酸素圧縮機の出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管に結合することを特徴とする酸素供給設備が提供される。
【００１８】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記酸素圧縮機は、供給される低圧酸素を流量制御する手段を有することを特徴とする酸素供給設備が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の酸素供給設備は、自熔炉と転炉に必要な高圧酸素を確保しながら、酸素プラントからの放風量を低減することができ、しかもこれにより得られる低圧酸素の余剰分を自熔炉に使用することができるので、使用電力の削減、自熔炉での銅硫化精鉱の増処理などにおいて、その工業的価値は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の酸素供給設備は、少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備であって、
一方の酸素圧縮機の出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合し、他方の酸素圧縮機の出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管に結合することを特徴とする。
さらに、前記圧力調節弁付き酸素圧縮機は、それぞれ供給される低圧酸素を流量制御する手段を有することができる。
【００２１】
本発明において、２台を備える酸素圧縮機の一方を、その出口配管を自熔炉への高圧酸素供給配管と結合して自熔炉専用とし、他方を、その出口配管を酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、酸素ホルダーを介し、転炉に高圧酸素を供給することに用いることが重要である。すなわち、このことは、自熔炉の操業が連続操業であり、一方転炉の操業が間欠操業であるという、製錬炉として自熔炉と転炉を用いる銅製錬方法の操業形態に適応させたものである。
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明の酸素供給設備の実施の一形態について説明するが、本発明は、これらの実施の形態によってなんら限定されるものではない。
図３は、本発明の酸素供給設備の設備構成図を例示する。ここで、酸素供給設備から酸素富化空気に用いる高圧酸素が供給される自熔炉と転炉も記載している。
本発明の酸素供給設備は、従来の、図１に例示した酸素供給設備に対し、主として、一方の酸素圧縮機から自熔炉へ高圧酸素を供給する配管と、両方の酸素圧縮機へ供給する低圧酸素の制御手段とにおいて、改造を施したものである。
【００２３】
図３において、酸素プラント１で製造された低圧酸素は、低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管を経て、その後分岐された低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統と低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管系統とで、それぞれ酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９の２台の酸素圧縮機へ供給される。この低圧酸素配管バルブ（１）２を経由する配管には、放風弁３と低圧酸素流量計（１）４を、また低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管系統には、低圧酸素流量計（２）７を設けている。
【００２４】
前記酸素圧縮機（１）８と酸素圧縮機（２）９とでは、それぞれ低圧酸素を圧縮して高圧酸素を得る。
ここで、前記酸素圧縮機８で得られた高圧酸素は、酸素ホルダー１８を介さずに、新設の自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１を経由して、自熔炉行き高圧酸素配管１９から自熔炉２２へ供給される。なお、自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１は、高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管と自熔炉行き高圧酸素配管１９とのバイパスを形成するため、両配管とそれぞれ結合するものである。ここで、高圧酸素配管バルブ（１）１６を経由する配管は、バルブを閉じることにより休止される。また、自熔炉行き高圧酸素配管１９の酸素ホルダー１８の出口側は、バルブ（図示していない。）を閉じることにより休止される。一方、前記酸素圧縮機９で得られた高圧酸素は、高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管で酸素ホルダー１８へ供給され蓄えられる。前記酸素ホルダー１８に蓄えられた高圧酸素は、転炉行き高圧酸素配管２０を経由して、酸素富化空気を用いる転炉２３へ供給される。
【００２５】
前記自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれのバルブの高圧酸素の供給側に高圧酸素圧力計（１）１０と高圧酸素圧力計（２）１３を設けている。
また、前記自熔炉行き高圧酸素バイパス配管２１と高圧酸素配管バルブ（２）１７を経由する配管には、それぞれ低圧酸素配管バルブ（２）５を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（１）１２と、低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管に結合する酸素圧縮機バイパス配管（２）１５とを設けている。さらに、前記酸素圧縮機バイパス配管１２、１５には、それぞれ圧力調節弁（１）１１と圧力調節弁（２）１４を設けている。
【００２６】
上記酸素供給設備の運転方法において、酸素圧縮機８と酸素圧縮機９へ供給される低圧酸素は、それぞれこれを流量制御する手段を用いて制御される。すなわち、酸素圧縮機８は、自熔炉専用として稼動し、低圧酸素流量計（２）７の流量値をほぼ一定に保つように圧力調節弁（１）１１を用いて流量制御（ＦＩＣ）を行う。一方、酸素圧縮機９は、転炉専用として稼動し、低圧酸素配管バルブ（３）６を経由する配管を通過する低圧酸素の流量をほぼ一定に保つように圧力調節弁（２）１４を用いて流量制御（ＦＩＣ）を行う。
上記酸素供給設備では、従来の酸素供給設備では、転炉の停止期間に放出していた余剰の低圧酸素を自熔炉２２で使用することができるため、酸素プラント１から放風弁３で放出していた低圧酸素放風量を低減することができる。
【００２７】
上記運転方法における酸素プラント１の放風弁３からの酸素放風量について、図を用いて説明する。図４は、本発明の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す。
図４より、１台の酸素圧縮機を自熔炉専用に一定流量で運転しても、他の１台の酸素圧縮機で、転炉に必要な下限以上の圧力に酸素ホルダー圧力を保持することができること、及び本発明の酸素供給設備を用いた場合の酸素プラント放風量が、従来の酸素供給設備の場合と比較して小さいこと、が分かる。この酸素プラント放風量の違い（図中の酸素プラント放風量と従来運転における酸素プラント平均放風量の差にあたる。）は、この分の低圧酸素を自熔炉で使用することができたことによるものである。
したがって、本発明の酸素供給設備を用いれば、低圧酸素の放風量を最低限にまで抑制し、使用電力を削減し、また自熔炉で銅硫化精鉱を増処理することが達成される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上より明らかなように、本発明の酸素供給設備は、製錬炉として自熔炉と転炉とを使用し、かつそれらの燃焼用気体として酸素富化空気を用いる製錬方法において、より一層省エネルギー化した運転が行なえるものであるので、銅硫化精鉱の製錬分野で利用される酸素供給設備として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の酸素供給設備の設備構成図である。
【図２】従来の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す図である。
【図３】本発明の酸素供給設備の設備構成図である。
【図４】本発明の酸素供給設備の運転結果（酸素ホルダー圧力と酸素プラント放風量）を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 酸素プラント
２ 低圧酸素配管バルブ（１）
３ 放風弁
４ 低圧酸素流量計（１）
５ 低圧酸素配管バルブ（２）
６ 低圧酸素配管バルブ（３）
７ 低圧酸素流量計（２）
８ 酸素圧縮機（１）
９ 酸素圧縮機（２）
１０ 高圧酸素圧力計（１）
１１ 圧力調節弁（１）
１２ 酸素圧縮機バイパス配管（１）
１３ 高圧酸素圧力計（２）
１４ 圧力調節弁（１）
１５ 酸素圧縮機バイパス配管（２）
１６ 高圧酸素配管バルブ（１）
１７ 高圧酸素配管バルブ（２）
１８ 酸素ホルダー
１９ 自熔炉行き高圧酸素配管
２０ 転炉行き高圧酸素配管
２１ 自熔炉行き高圧酸素バイパス配管
２２ 自熔炉
２３ 転炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備であって、
一方の酸素圧縮機の出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合し、他方の酸素圧縮機の出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管に結合することを特徴とする酸素供給設備。
【請求項２】
前記酸素圧縮機は、供給される低圧酸素を流量制御する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の酸素供給設備。
【請求項１】
少なくとも低圧酸素を製造する酸素プラントと、低圧酸素を圧縮し高圧酸素を得る２台の圧力調節弁付き酸素圧縮機と、高圧酸素を蓄える酸素ホルダーとを有し、該高圧酸素を自熔炉と転炉へ供給する酸素供給設備であって、
一方の酸素圧縮機の出口配管を前記自熔炉への高圧酸素供給配管に結合し、他方の酸素圧縮機の出口配管を前記酸素ホルダーの受入ノズルに結合し、さらに該酸素ホルダーの出口配管を前記転炉への高圧酸素供給配管に結合することを特徴とする酸素供給設備。
【請求項２】
前記酸素圧縮機は、供給される低圧酸素を流量制御する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の酸素供給設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２３５５４７（Ｐ２００９−２３５５４７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８５９８０（Ｐ２００８−８５９８０）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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