JP2013210183A - Cooling structure of h steel in settler ceiling part of flash furnace and cooling method of h steel in settler ceiling part of flash furnace - Google Patents
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Description
本発明は、自溶炉のセットラ天井部を支持するH鋼の冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for H steel that supports a settling ceiling of a flash furnace.
銅製錬の製錬工程では、選鉱により得られた精鉱を酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に自溶炉に投入し、瞬間的に化学反応を起こさせてマットとスラグに分離する。このような自溶炉1は、図1に示すように、反応シャフト2、セットラ3、アップテイク4から構成され、反応シャフト2には1〜3本の精鉱バーナ5が備えられている。精鉱は精鉱バーナ5によって炉内に吹き込まれる。
In the smelting process of copper smelting, the concentrate obtained by the beneficiation is introduced into a flash smelting furnace simultaneously with oxygen-enriched air or high-temperature hot air to cause a chemical reaction instantaneously and separate into mat and slag. As shown in FIG. 1, such a flash smelting
このような自溶炉では銅の製錬工程上、熱の発生が避けられない。特に、近年の銅生産量の増加要求に伴い、高負荷での操業が必要となり、その発生する熱量も上昇することとなった。このため、自溶炉を構成する耐熱レンガ等の耐火材の劣化進行が早まることとなっていた。これに対し、耐火材の劣化進行を抑制する技術が特許文献1乃至5に開示されている。
In such a flash furnace, heat generation is unavoidable in the copper smelting process. In particular, with the recent demand for increased copper production, operation at high loads is required, and the amount of heat generated is also increased. For this reason, deterioration progress of refractory materials, such as a heat-resistant brick which comprises a flash smelting furnace, was to be accelerated. On the other hand,
特許文献1には、自溶炉の反応シャフトの天井部に配置された精鉱バーナ付近の点検孔に装着する水冷ジャケット構造が示されている。特許文献2には、自溶炉本体からマットまたはスラグを抜き出すためのタップホールの冷却構造が示されている。特許文献3には、自溶炉のシャフト近傍に位置するセットラの三角天井部に、冷却水の流れるパイプ部材を鋳込んだ銅製の水冷ジャケットを吊り下げ支持した炉体水冷構造が示されている。特許文献4には、自溶炉のシャフトとセットラとの連結部またはアップテイクとセットラとの連結部に水冷ジャケットを吊り下げ支持した自溶炉の炉体冷却構造が示されている。特許文献5には、自溶炉のシャフト直下のスラグ層が生成する領域の耐火物を冷却する炉体水冷ジャケットが示されている。
ところで、自溶炉のセットラ天井部は数本のH鋼を掛け渡すことにより支持されている。自溶炉内で精鉱が反応し熱が発生すると、セットラ天井部にも熱の影響が現われる。セットラ天井部が熱を受けることにより、セットラ天井部を支持するH鋼も熱負荷の影響を受け、損耗、変形する。このようにH鋼が熱を受け、損耗、変形すると、隣接する耐火材が脱落してしまうことが考えられ、耐火材が脱落することにより、自溶炉の操業を停止する必要がある。さらには、自溶炉内の排ガスが漏洩することも考えられ、環境汚染に対する配慮も必要となる。従来では、このようなH鋼の損耗、変形の影響を考慮すると、H鋼を2〜3年の周期で交換することを余儀なくされており、H鋼の交換にかかる材料費、作業費のコストがかかっていた。このような問題に対し、上記の特許文献にはセットラ天井部、特に、セットラ天井部を支持するH鋼の冷却に関する点は考慮されていない。 By the way, the settling ceiling part of a flash smelting furnace is supported by spanning several H steels. When the concentrate reacts in the flash furnace and heat is generated, the effect of the heat also appears on the setra ceiling. When the setra ceiling part receives heat, the H steel supporting the settler ceiling part is also affected by the heat load, and is worn and deformed. Thus, when H steel receives heat, and is worn out or deformed, it is considered that the adjacent refractory material falls off, and it is necessary to stop the operation of the flash smelting furnace when the refractory material falls off. Furthermore, it is considered that exhaust gas in the flash smelting furnace leaks, and it is necessary to consider environmental pollution. Conventionally, in consideration of the effects of wear and deformation of H steel, it has been necessary to replace H steel in a cycle of 2 to 3 years. It was over. With respect to such a problem, the above-mentioned patent document does not consider the point related to the cooling of the setter ceiling, in particular, the H steel that supports the setter ceiling.
そこで、本発明は、セットラ天井部を支持するH鋼を冷却することにより、H鋼の損耗、変形を抑制し、H鋼の寿命を延長することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to suppress the wear and deformation | transformation of H steel, and to prolong the lifetime of H steel by cooling H steel which supports a setter ceiling part.
かかる課題を解決する本発明の自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体は、自溶炉のセットラ天井部に設けられ、かつ前記セットラ天井部を支持するH鋼に接触し、銅製またはステンレス鋼製であり、かつ前記H鋼を冷却する冷却部材を備えたことを特徴とする。 The cooling structure of H steel in the settling ceiling part of the flash smelting furnace of the present invention that solves such a problem is in contact with the H steel provided on the settling ceiling part of the flash melting furnace and supporting the settling ceiling part, and is made of copper. Alternatively, it is made of stainless steel and has a cooling member for cooling the H steel.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は前記H鋼のウェブ部の炉内側の面に接触して配置された構成とすることができる。 In the H steel cooling structure in the settling ceiling part of the flash furnace, the cooling member may be arranged in contact with the inner surface of the H steel web part.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は、前記H鋼のフランジ部の炉内側に接触して配置された構成とすることができる。 In the H steel cooling structure in the settling ceiling of the flash furnace, the cooling member may be arranged in contact with the furnace inside of the H steel flange.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管を有する構成とすることができる。 In the cooling structure of H steel in the settling ceiling part of the flash furnace, the cooling member may have a cooling water pipe through which cooling water flows.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は、前記H鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ、内部を冷却水が流通する冷却水管と、を有する構成とすることができる。 In the cooling structure for H steel in the settling ceiling of the flash smelting furnace, the cooling member is a heat sink that contacts the H steel, and a cooling water pipe that is in contact with the heat sink and through which cooling water flows. It can be set as the structure which has these.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記H鋼のウェブ部の炉内側の面に接触して配置された前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管であり、前記H鋼のフランジ部の炉内側に接触して配置された前記冷却部材は、前記H鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管であるような構成とすることができる。 In the H steel cooling structure in the settling ceiling of the flash furnace, the cooling member disposed in contact with the furnace inner surface of the H steel web portion is a cooling water pipe through which cooling water flows. And the cooling member disposed in contact with the inside of the furnace of the flange portion of the H steel includes a radiator plate that contacts the H steel, and a cooling water pipe that contacts the radiator plate and through which cooling water flows. It can be set as such a structure.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記放熱板は前記H鋼へタップ溶接により接合した構成とすることができる。 In the cooling structure of H steel at the settling ceiling of the flash furnace, the heat radiating plate may be joined to the H steel by tap welding.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記放熱板を銅製とすることができる。また、上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造において、前記冷却水管を銅製とすることができる。 In the H steel cooling structure in the settling ceiling part of the flash furnace, the heat radiating plate can be made of copper. Moreover, the cooling water pipe can be made of copper in the H steel cooling structure in the settling ceiling part of the flash furnace.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体において、前記H鋼のウェブ部よりも炉内側に3本の前記冷却水管を有する構成とすることができる。 In the cooling structure of steel H in Settora ceiling of the flash smelting furnace can be configured to have three the cooling water tubes of the furnace inward from the web portion of the H steel.
上記課題を解決する本発明の自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却方法は、自溶炉のセットラ天井部に設けられ、かつ前記セットラ天井部を支持するH鋼に、銅製またはステンレス鋼製の冷却部材を接触させ、かつ前記H鋼を冷却することを特徴とする。 The method for cooling H steel in the settling ceiling part of the flash smelting furnace of the present invention that solves the above-mentioned problems is made of copper or stainless steel on the H steel that is provided in the settling ceiling part of the flash melting furnace and supports the settling ceiling part. A cooling member made of metal is contacted and the H steel is cooled .
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却方法において、前記H鋼のウェブ部の炉内側の面に接触した前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管であり、前記H鋼のフランジ部の炉内側に接触した前記冷却部材は、前記H鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管とする方法とすることができる。 In the method for cooling H steel in the settling ceiling part of the flash smelting furnace, the cooling member in contact with the inner surface of the H steel web part is a cooling water pipe through which cooling water flows, and the H steel The cooling member that is in contact with the inside of the furnace of the flange portion may be a heat sink that is in contact with the H steel, and a cooling water pipe that is in contact with the heat sink and through which cooling water flows.
上記自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却方法において、前記冷却水管及び前記放熱板を銅製とする方法とすることができる。 In the method for cooling H steel in the settling ceiling of the flash furnace, the cooling water pipe and the heat radiating plate may be made of copper .
本発明の自溶炉の天井部におけるH鋼の冷却構造体は、セットラ天井部を支持するH鋼を冷却することにより、H鋼の損耗、変形を抑制し、H鋼の寿命を延長することができる。より詳細には、
(1)H鋼に冷却部材を接触させることにより、H鋼から直接奪取する熱量を増加し、H鋼の冷却を促進することができる。
(2)冷却部材をH鋼の炉内側に配置することにより、熱源に近いH鋼の炉内側を冷却することができる。
(3)内部を冷却水が流通する冷却水管を有する構成とすることにより、冷却水がH鋼の熱を奪取するため、H鋼の高温化を抑制できる。
(4)放熱板をH鋼に接触させる構成とすることにより、接触面積が大きい放熱板がH鋼から熱を奪取するため、H鋼の冷却効果を向上できる。
(5)冷却部材として熱伝導性に優れた銅を用いることにより、H鋼の冷却効果を向上できる。
(6)熱源に近いH鋼の炉内側は熱伝導性の高い銅を用いて、高い冷却性能を有し、熱源から遠いH鋼の炉外側は強度が高く、安価なステンレス鋼を用い、コストを低減できる。
The cooling structure of H steel in the ceiling part of the flash smelting furnace of the present invention suppresses wear and deformation of H steel and extends the life of H steel by cooling the H steel supporting the setter ceiling. Can do. More specifically,
(1) By bringing a cooling member into contact with H steel, the amount of heat taken directly from H steel can be increased, and cooling of H steel can be promoted.
(2) By disposing the cooling member inside the H steel furnace, the inside of the H steel near the heat source can be cooled.
(3) Since the cooling water takes the heat of the H steel by having a cooling water pipe through which the cooling water flows, the high temperature of the H steel can be suppressed.
(4) By making a heat sink contact H steel, since a heat sink with a large contact area takes heat from H steel, the cooling effect of H steel can be improved.
(5) The cooling effect of H steel can be improved by using copper excellent in thermal conductivity as a cooling member.
(6) The steel inside the H steel near the heat source uses copper with high thermal conductivity, has high cooling performance, and the steel outside the H steel far from the heat source uses high strength and inexpensive stainless steel. Can be reduced.
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施例における装置の構成について図面を参照しつつ説明する。図2は本実施例のH鋼の冷却構造体を備える自溶炉10の概略構成を示した説明図である。図2(a)は自溶炉10の平面図であって、図2(b)は図2(a)中のA−A線における断面図である。
The configuration of the apparatus in the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is an explanatory view showing a schematic configuration of a
自溶炉10は、例えば、銅製錬の自溶炉である。図2に示すように、自溶炉10は、反応シャフト20、セットラ30、アップテイク40を備えている。反応シャフト20の上部には精鉱バーナ50が備えられており、精鉱バーナ50から反応シャフト20内へ精鉱と酸素富化空気が吹き込まれる。吹き込まれた精鉱と酸素富化空気は反応シャフト20内で混合して瞬間的に反応し、セットラ30内において層状のマットとスラグに分離する。
The
ところで、高温となる自溶炉10の炉壁は耐熱性のレンガを敷き詰めて構成されている。セットラ30の天井部60は、このようなレンガを支持するために、アーチ状のSS400製のH鋼70が6本掛け渡されている。さらに、自溶炉10はこのH鋼70を冷却する冷却構造体80を備えている。
By the way, the furnace wall of the
図3はセットラ30の天井部60を示した説明図である。図4はH鋼70を示した説明図である。図5はH鋼70の冷却構造体80を示した断面図である。図6は比較例のH鋼70の冷却構造体90を示した断面図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing the
図3に示すように、セットラ30の天井部は6本のH鋼70により支持される。H鋼70の間には耐熱性のレンガが詰め込まれている。最も反応シャフト20側に位置するH鋼70と、最もアップテイク40側に位置するH鋼70との間はおよそ6200mm離れている。
As shown in FIG. 3, the ceiling portion of the
図4のH鋼70は図3の矢印Bの方向からみた場合を示している。図4に示すように、H鋼70はアーチ状の構造をしている。また、以下説明する冷却構造体80もこのH鋼70のアーチ状構造に沿うようにアーチ状の形状となっている。
The
ここで、図5を参照し、冷却構造体80について詳細に説明する。H鋼70は、ウェブ部71が横向きとなるように配置されている。H鋼70は厚さ22mmの一般構造用圧延鋼材(SS400)から成り、H鋼70の断面は、高さ450mm、幅250mmである。
Here, the cooling
冷却構造体80は冷却部材を備え、冷却部材は、後述する冷却水管81、83及び放熱板82から構成され、H鋼70の内側の面に接触するように配置され、H鋼70のウェブ部71では両面に配置されている。
The cooling
次に、冷却部材を詳細に説明する。H鋼70のウェブ部71よりもセットラ30の中心側、すなわち、ウェブ部71よりも下側に3本の銅製の冷却水管(銅管)81が配置されている。銅管81の1つはウェブ部71の下面に接触して配置されている。残りの銅管81は、フランジ部72に接触する放熱板82に接触して配置されている。これらの銅管81は、外径32mm、厚さ6mmであり、また、放熱板82も銅製である。銅管81、及び放熱板82はH鋼70のアーチ形状に沿ったアーチ状の形状をしている。また、放熱板82はH鋼70のフランジ部72にタップ溶接で施工されている。本発明のように大型のアーチ型をした特殊な形状部分では、銅製の放熱板82とSUS製のH鋼70をフル溶接する場合に比べ、製作が容易となり、製作時間が短く済み、製作費が安価となり、十分に機械的強度が得られるという点に利点を有している。
Next, the cooling member will be described in detail. Three copper cooling water pipes (copper pipes) 81 are arranged on the center side of the
一方、H鋼70のウェブ部71よりもセットラ30の外周側、すなわち、ウェブ部71よりも上側に3本のステンレス製の冷却水管(ステンレス管、例えばSUS304)83が配置されている。ステンレス管83はいずれもウェブ部71に接触するように配置されている。ステンレス管83は外径34mm、厚さ6.4mmであり、ステンレス管83はH鋼70のアーチ形状に沿ったアーチ状の形状をしている。
On the other hand, three stainless steel cooling water pipes (stainless steel pipes, for example, SUS304) 83 are arranged on the outer peripheral side of the
さらに、H鋼70に銅管81、放熱板82、ステンレス管83を配置したうえで、その隙間に耐火物73が充填されている。耐火物73は、スラグより融点が高く、熱膨張性が小さい物質が好ましく、放熱特性、硬度、耐摩耗性、耐食性、高温強度性、耐熱衝撃性など多くの機能特性を備えたアルミナ系のキャスタブル、例えば、アルミナ・クロミア質が好ましい。また、主成分がMgOのものなども利用することができる。
Further, a
このような冷却構造体80の銅管81、ステンレス管83は、管の内部を冷却水が通るよう構成されている。銅管81、ステンレス管83の内部を通る冷却水は、流入温度25〜35℃、流入速度23m/sであり、排出される冷却水は、排出温度35〜45℃、流出速度23m/sである。また、冷却水の流量は33L/minである。
The
次に、比較例の冷却構造体90について説明する。図6に示すように、冷却構造体90では、放熱板92を備えた銅製の冷却水管91が、H鋼70に接触しないで配置されている。そして、実施例の冷却構造体80と同様に、H鋼70と冷却構造体90の隙間には耐火物73が充填されている。
Next, the cooling
本実施例の冷却構造体80の場合、冷却部材、すなわち、銅管81、放熱板82がH鋼70に接触しているため、接触をしていない比較例と比べ、H鋼70からの熱伝達が向上する。したがって、実施例の冷却構造体80は比較例に比べて、H鋼70の冷却効果が優れている。
In the case of the cooling
本実施例における自溶炉10のH鋼70の冷却構造体80は以下の効果を奏する。
(1)H鋼に冷却部材を接触させることにより、H鋼から直接熱を奪い、H鋼の冷却を促進する。
(2)冷却部材をH鋼の炉内側に配置することにより、熱源に近いH鋼の炉内側を冷却する。
(3)冷却水管(銅管81、ステンレス管83)の内部を冷却水が流通することにより、冷却水がH鋼の熱を奪い、H鋼が冷却される。
(4)H鋼70の熱が放熱板82へ伝達するため、H鋼70の高温化を抑制できる。
(5)炉内側の冷却配管を熱伝導性に優れた銅管81とすることにより、H鋼70の冷却効果を向上する。
(1)〜(5)の効果により、H鋼70の高温化を抑制し、H鋼70の損耗、変形を抑え、H鋼70の寿命を延長することができる。このような冷却構造体80を取り入れたことにより、H鋼70は5〜6年維持できると試算することができる。これにより、H鋼の交換にかかるコストを削減する。また、H鋼70の損耗、変形が抑制されることにより、レンガの脱落が防止されるため、自溶炉の停止回数が減り、稼働率を向上する。また、ガス漏れが防止でき、環境事故を未然に防ぐことができる。
The cooling
(1) By bringing a cooling member into contact with the H steel, heat is directly taken from the H steel, and cooling of the H steel is promoted.
(2) Cooling the inside of the H steel near the heat source by disposing the cooling member inside the H steel.
(3) When the cooling water flows through the inside of the cooling water pipe (
(4) Since the heat of the
(5) The cooling effect of the
Due to the effects (1) to (5), the high temperature of the
さらに、熱源に近いH鋼70の炉内側は熱伝導性の高い銅を用いて、高い冷却性能を有する一方、熱源から遠いH鋼70の炉外側は強度が高く、安価なステンレス鋼を用い、コストを低減する。ステンレス製の管は同径の銅製の管に比べ、例えば、銅管2本が65(万円)に対してステンレス管2本は31(万円)と半価程度であるため、コストを削減できる利点がある。
Furthermore, the furnace inner side of the
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.
例えば、本実施例の他の例として、上記のステンレス管83を銅管81としてもよい。また、H鋼70のウェブ部71よりもセットラ30の外周側、すなわち、H鋼70のウェブ部71の上側に放熱板82を配置してもよい。この場合も、放熱板82はH鋼70に接触させる。これらの構成とすることにより、更なる冷却効果が期待できる。
For example, as another example of this embodiment, the
1、10 自溶炉
2、20 反応シャフト
3、30 セットラ
4、40 アップテイク
5、50 精鉱バーナ
70 H鋼
71 ウェブ部
72 フランジ部
73 耐火物
80 冷却構造体
81 冷却水管(銅管)
82 放熱板
83 冷却水管(ステンレス管)
DESCRIPTION OF
82
Claims (13)
前記放熱板に接触し、かつ、内部を冷却水が流通する冷却水管と、
を有する請求項1乃至4のいずれか一項記載の自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体。 The cooling member is a heat sink contacting the H steel;
A cooling water pipe in contact with the heat radiating plate and through which cooling water flows;
The cooling structure of H steel in the settling ceiling part of the flash smelting furnace as described in any one of Claims 1 thru | or 4 which has these.
前記H鋼のフランジ部の炉内側に接触して配置された前記冷却部材は、前記H鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管である請求項1記載の自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却構造体。 The cooling member arranged in contact with the furnace inner surface of the H steel web part is a cooling water pipe through which cooling water flows.
The cooling member disposed in contact with the furnace inside of the flange portion of the H steel is a heat sink that contacts the H steel, and a cooling water pipe that contacts the heat sink and through which cooling water flows. The cooling structure of H steel in the settling ceiling part of the flash smelting furnace according to claim 1.
前記H鋼のフランジ部の炉内側に接触した前記冷却部材は、前記H鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管である請求項11記載の自溶炉のセットラ天井部におけるH鋼の冷却方法。 The cooling member in contact with the furnace inner surface of the H steel web part is a cooling water pipe through which cooling water flows.
It said cooling member furnace in contact with the inner side of the flange portion of the H steel, a heat dissipation plate in contact with the steel H, in contact with the heat radiating plate, and claim 11, wherein the internal coolant is a cooling water pipe for circulating Method for cooling H steel in the settling ceiling of the flash smelting furnace.
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