JP2019135317A - 銅製錬用の転炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉口下部の外壁鉄板の寿命を延長することが可能な銅製錬用の転炉を提供する。【解決手段】 耐火煉瓦で内張りされた鉄皮からなる炉口２を備えた銅製錬用転炉であって、傾転時に前記炉口２において下側となる炉口下部の耐火煉瓦のうち、少なくとも先端部に位置する耐火煉瓦に冷媒としての空気が流通する好適には鉄製のケーシング３１並びにこれに接続する鋼管製の供給配管３２及び排出配管３３からなる冷却手段３０が当接している。【選択図】 図２

Description

本発明は、熔体の排出口となる炉口を備えた銅製錬用の転炉に関する。

銅製錬プラントにおいては、自熔炉から抜き出されたかわ（マット）と称する硫化銅を主成分とする銅品位６０％程度の熔体を転炉に受け入れ、ここに酸素富化空気及びフラックスを装入することでかわから鉄分及び硫黄分を除去すると共に酸化し、これにより生成されたスラグ及び純度９８％程度の粗銅をそれぞれ転炉を傾けて抜き出すことが行われている。

このような銅精錬用の転炉には様々な形式のものが提案されているが、特許文献１に示すようなＰＳ（Ｐｉｅｒｃｅ−Ｓｍｉｔｈ）型の転炉が主に使用されている。この転炉は中心軸を水平方向に向けた円筒状の炉体からなり、該中心軸方向の略中央部に上記のスラグや粗銅の熔体を炉外に排出するための炉口が設けられている。この炉体は該中心軸を中心として回転自在に据え付けられており、炉体の回動角度を変えることで炉口の傾きを変えることができるので、排出量を調整しながら熔体を抜き出すことが可能になる。

特開平１１−０５０１６４号公報

炉体からの熔体の抜き出しが行われる上記の炉口は、耐火煉瓦で内張りされた外壁鉄板（鉄皮）が炉体から突出した構造を有している。そのため、転炉の傾転による熔体の抜出時は、炉口において該傾転時に下側に位置するいわゆる炉口下部の耐火煉瓦の上を通って熔体が流れ出ることになる。この熔体の温度は通常は１１００〜１４００℃程度の高温になるため、かかる熔体抜出作業を数千回行っているうちに炉口下部の耐火煉瓦が徐々に損耗していく。上記の炉口から流れ出た熔体は、ほとんどが慣性と重力に従って斜め下方へ流れ落ちるものの、一部は傾転時の炉口下部の最先端の端面を伝って垂れるので傾転時には該最先端は上からだけでなく該端面からも損耗が進む。この炉口の先端部の端面は外壁鉄板が内側に屈曲して炉口下部の耐火煉瓦を支える構造になっており、外壁鉄板の該屈曲部は、上記の高温の熔体に直に接するので特に損耗が激しくなる。このような外壁鉄板の損耗が進行しすぎると、熱による軟化も相まって炉口下部の耐火煉瓦を支えきれず炉口下部の耐火煉瓦が脱落するおそれがある。

上記のような損耗や脱落で炉口が過度に広がると、熔体を所定の位置へ排出できなくなり、転炉の使用は実質的に不可能となる。このような事態に至らないようにするため、炉口下部以外の耐火煉瓦は３００バッチ程度は使用に耐えるところ、炉口下部の耐火煉瓦及びその外側の外壁鉄板に欠損の兆候が生じる２５０バッチ程度使用後に炉体を冷却し、炉口下部の耐火煉瓦及びその外側の外壁鉄板を点検して必要に応じて修復する保全作業を通常は実施している。しかし、この保全作業は手間がかかるうえ、その間は銅製錬の生産量が低下するので炉口下部の寿命を延ばして保全作業の頻度を減らすことが望まれていた。

本発明は上記した従来の銅製錬用の転炉が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、炉口下部の外壁鉄板の寿命を延長することが可能な銅製錬用の転炉を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明に係る銅製錬用の転炉は、耐火煉瓦で内張りされた鉄皮からなる炉口を備えた銅製錬用転炉であって、傾転時に前記炉口において下側となる炉口下部の耐火煉瓦のうち、少なくとも先端部に位置する耐火煉瓦に冷媒としての空気が流通する冷却手段が当接していることを特徴としている。

本発明によれば、炉口下部の耐火煉瓦の損耗速度を抑制できるので、該炉口の外壁鉄板の寿命を延長することができる。

本発明の実施形態の転炉を傾転させて熔体をレードルに排出している様子を示す、中心軸に垂直な面で切断した概略断面図である。 図１の転炉の炉口下部の先端部の構造を示す、熔体の流れ方向に平行な面で切断した断面図である。 本発明の実施形態の転炉が具備する冷却手段の一具体例をその長手方向に平行な面で切断した概略断面図である。

以下、本発明の実施形態の銅製錬用転炉について説明する。この本発明の実施形態の転炉は、図１に示すように中心軸を水平方向に向けた円筒形状の炉体１からなり、該中心軸を中心にして回動自在に据え付けられている。この炉体１は外壁鉄板１１とその内張りの耐火煉瓦１２とから主に構成されており、該外壁鉄板１１の外周面上において炉体１の中心軸方向の略中央部に、図１に示すような傾転時に熔体Ｍの通路Ｐとなる炉口２が設けられている。

この炉口２は、その開口部を真正面から見ると炉体１の中心軸方向に長軸が延在する楕円形の当該長軸方向の両端を切り落としたような形状を有しており、この開口部の周縁部を囲むように、炉体１の周方向に対向する１対の曲面部と炉体１０の中心軸方向に対向する１対の平面部とで構成される４面の外壁鉄板が炉体１の外周面の外壁鉄板１１から突出しており、炉口２の４面の外壁鉄板には耐火物として耐火煉瓦が内張りされている。

上記の炉口２の４面の外壁鉄板は先端部において内側（すなわち熔体Ｍの通路Ｐ側）に屈曲しており、この屈曲部分の先端は炉口２の耐火煉瓦の内面にまで至っている。かかる構造を有する４面の外壁鉄板及びそれらの内張りの耐火煉瓦のうち、図２に示すように転炉の傾転時に炉口２において下側となって熔体Ｍの通路の役割を担う耐火煉瓦２２及びこれを支える外壁鉄板２１からなる炉口下部２０は、上記のように傾転時に熔体Ｍが直に接するので最も苛酷な損耗条件にさらされる。

上記の損耗が進行すると、熔体Ｍの通り道となる炉口下部２０の耐火煉瓦２２の幅方向の略中央部においてより深い浸食が生じ、この浸食がより一層進行すると炉口下部２０の外壁鉄板２１の屈曲部２１ａの上端部の略中央部で溶損が進行して亀裂や外側へのめくれが生じる。その結果、図１に示すように転炉の炉口２の斜め下方にレードルＬを設置して炉口２から熔体Ｍを該レードルＬに注ぎ込む際、レードルＬよりも手前側の転炉とレードルＬとの間に熔体が流れ落ちる問題が生じうる。

このような炉口下部２０の損耗による問題が早期に発生するのを抑えるため、本発明の実施形態の転炉では、上記炉口下部２０の耐火煉瓦２２にのうち、少なくとも先端部に位置する耐火煉瓦に冷媒としての空気が流通する冷却手段３０が当接している。これにより、当該冷却手段３０が設けられている部分の耐火煉瓦が冷却されるので当該耐火煉瓦の損耗の速度を遅くすることができる。これにより炉口２の寿命を延ばすことができる。

より具体的に説明すると、本発明の実施形態の転炉が有する冷却手段３０は、図３に示すように略直方体形状の鉄製のケーシング３１と、該ケーシング３１に冷媒としての空気を導入する鋼管からなる供給配管３２と、該ケーシング３１内で熱交換された高温の空気を排出する鋼管からなる排出配管３３とから主に構成されている。このケーシング３１は、炉口２をその開口部の正面から見た時、炉口下部２０の耐火煉瓦２２の一端から他端まで及ぶように設けられていてもよいが、炉口下部２０の耐火煉瓦２２のうち転炉の傾転時に熔体Ｍが最も速くまたは多く流れる中央部にのみ設けてもよい。

また、このケーシング３１は、図２に示すように炉口下部２０の耐火煉瓦２２のうち先端部のみに設けるのが効果的であり、更に、ケーシング３１を構成する側壁の一部が炉口下部２０の外壁鉄板２１の屈曲部２１ａに当接するようにして設けるのが好ましい。転炉の傾転に伴ってケーシング３１が移動しない程度に、ケーシング３１は周囲に固定するのが好ましい。固定方法としては、傾転時にケーシング３１のほぼ真下に位置する外壁鉄板２１の先端部とケーシング３１との間などに不定形耐火物２３を充填する態様のほか、ケーシング３１と外壁鉄板２１の屈曲部２１ａとで熱伝導が高まるように溶接する態様などが好ましい。なお、図２に示すように、傾転時に下側となる外壁鉄板２１からケーシング３１までの離間距離Ｌ１や、耐火煉瓦２２の上側表面からケーシング３１までの離間距離Ｌ２を適宜調整することで、炉口下部の耐火煉瓦２２を効果的に冷却することができる。

上記の供給配管３２及び排出配管３３は炉口２の外壁鉄板を貫通してケーシング３１の長手方向の一端部に接続している。これら両配管３２、３３のうち供給配管３２はその放出端部３２ａをケーシング３１内で突出させてケーシング３１の長手方向の他端部の直前まで延在させるのが好ましい。これにより、供給配管３２からケーシング３１内に放出された空気が十分に熱交換されずにショートパスして排出配管３３から排出されるのを防ぐことができる。

上記の供給配管３２における上記放出端部３２ａとは反対側の他端部にはフレキシブルホース３４の一端部が接続しており、このフレキシブルホース３４の他端部はブロワなどの空気供給装置Ｂが接続している。これにより、フレキシブルホース３４及び供給配管３２を介して所定の流量の空気を冷媒としてケーシング３１内に供給することができる。なお、転炉内で反応を行わない時や転炉が空の時は、上記の冷媒としての空気の供給を停止するのが好ましく、これにより上記の冷却手段３０により転炉が急激に冷えるのを防止することができる。また、排出配管３３からは高温の空気が排出されるので、その放出端部３３ａの先にも同様にフレキシブルホースや排気ファンを設けてもよい。

ケーシング３１の内側には更に複数枚のフィン３５が長手方向に一定の間隔をあけて設けられているのが好ましい。これにより、ケーシング３１内面の伝熱面積が増大するのでより多く熱交換させることができる。これら複数のフィン３５は図３に示すようにケーシング３１の対向する両側壁に交互に設けてもよい。これにより、これらフィン３５に邪魔板の役割をも担わせることができるので供給配管３２から放出された空気をケーシング３１内において乱流状態で流すことができ、より効率よく熱交換することができる。

自熔炉で銅鉱石を処理して得たマットを図１に示すような略円筒形状の炉体１からなるＰＳ型転炉に装入して銅を製錬した。この転炉の炉口２の炉口下部２０の先端部において、熔体の通り道となる正面から見て水平方向中央部の位置に図２に示すような冷却手段３０を埋設した。具体的には、長手方向の長さが２ｍで該長手方向に垂直な断面の形状が略台形の略直方体形状の鉄製ケーシング３１をその長手方向に延在する一側面を外壁鉄板２１の先端部の屈曲部２１ａに内側から当接させた状態で耐火煉瓦２２内に埋設した。なお、図２に示すように傾転時にケーシング３１の真下に位置する外壁鉄板２１との間には不定形耐火物２３を充填した。

上記のケーシング３１の上記略台形のサイズは、上底２５０ｍｍ、下底２００ｍｍ、高さ４００ｍｍとした。このケーシング３１の長手方向の一端部に、炉口２の外壁鉄板を貫通させた内径５０ｍｍの２本の鋼管をそれぞれ供給配管３２及び排出配管３３として接続し、供給配管３２についてはその放出端部３２ａをケーシング３１の内側に突出させて、ケーシング３１の長手方向の他端部から１００ｍｍ離間する位置まで延在させた。

また、ケーシング３１内には、高さ２５０ｍｍの複数の矩形のフィン３５をケーシング３１の長手方向に５００ｍｍの間隔をあけてケーシング３１の対向する両側壁に交互に設けた。その際、フィン３５において供給配管３２と干渉する部分は切り欠いた。このようにして試料１の転炉を作製した。この試料１の転炉の供給配管３２にフレキシブルホース３４を介して常温の空気を０.５ＭＰａの圧力で供給しながらマットのバッチ処理を行った。

また、比較のため、上記の冷却手段３０を設けない以外は上記の試料１の転炉と同等の試料２の転炉を作製し、この試料２の転炉において上記試料１の転炉と同じ条件でマットのバッチ処理を行った。そして、これら試料１及び試料２の転炉において、炉口下部の先端部の外壁鉄板の屈曲部が熔損してレードルＬの手前に熔体が流れ落ちる状況に至るまでのバッチ数を比較した。その結果を下記表１に示す。

上記表１の結果から、本発明の要件を満たす試料１の転炉は、比較例の試料２の転炉に比べて炉口補修後から煉瓦損耗による外壁鉄板の屈曲部の熔損に至るまでのバッチ回数が著しく増えており、炉口下部の耐火煉瓦の寿命を効果的に延長できることが分かる。

Ｂ 空気供給装置
Ｌ レードル
Ｍ 熔体
Ｐ 通路
１ 炉体
１１ 外壁鉄板
２１ａ 屈曲部
１２ 耐火煉瓦
２０ 炉口下部
２１ 炉口下部外壁鉄板
２２ 炉口下部耐火煉瓦
２３ 不定形耐火物
３０ 冷却手段
３１ 鉄製ケーシング
３２ 供給配管
３２ａ 放出端部
３３ 排出配管
３３ａ 放出端部
３４ フレキシブルホース
３５ フィン

Claims (4)

1. 耐火煉瓦で内張りされた鉄皮からなる炉口を備えた銅製錬用転炉であって、傾転時に前記炉口において下側となる炉口下部の耐火煉瓦のうち、少なくとも先端部に位置する耐火煉瓦に冷媒としての空気が流通する冷却手段が当接していることを特徴とする銅製錬用転炉。
2. 前記熔体が接する部分が前記炉口のうち傾転時に下側に位置する炉口下部であることを特徴とする、請求項１に記載の銅製錬用転炉。
3. 前記冷却手段が該空気の流入口及び排出口を有する鉄製のケーシングからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の銅製錬用転炉。
4. 前記ケーシングは、前記鉄皮のうち前記炉口の先端部に位置する屈曲部分に内側から当接して設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の銅製錬用転炉。

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