JP2019184366A - 撹拌機羽根の羽根材料試験方法及び羽根材料試験用撹拌機羽根 - Google Patents

Abstract

【課題】撹拌機羽根に適した材質の選択において、低リスク、且つ高精度で実施可能な羽根材料試験方法を提供するものである。さらに、その試験方法で用いられる羽根材料試験用撹拌機羽根を提供する。【解決手段】溶液又は溶液と固体成分を含むスラリーを貯留物とする容器内で、前記貯留物を撹拌する撹拌機羽根用材料の耐久性を調べる撹拌機羽根２の羽根材料試験方法であって、前記撹拌機羽根の羽根端部の一部領域を羽根材料試験片に置換した試験用撹拌機羽根１０を、前記貯留物中に浸漬のうえ回転させて前記貯留物を撹拌し、前記回転に伴う前記羽根材料試験片の経時変化の観察により羽根材料の劣化状態を判定して前記撹拌機羽根用材料の耐久性を調べることを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。【選択図】図１

Description

ニッケル等の重金属の湿式製錬分野における溶液やスラリーなどが貯留された容器において、その貯留物の撹拌に用いる撹拌機の接液部を構成する羽根に適正な材料を選択するための羽根材料の試験に関する。

ＨＰＡＬ（高圧酸浸出）技術を用いた低品位Ｎｉ鉱石の製錬では、９８％の濃硫酸を用いてａｕｔｏｃｌａｖｅで浸出を行うが、このａｕｔｏｃｌａｖｅは、濃硫酸を貯留する密閉可能な容器であり、この容器内で濃硫酸による低品位Ｎｉ鉱石からのＮｉ成分の浸出を行うもので、その反応効率を高めるためにも、ａｕｔｏｃｌａｖｅには撹拌機が設置されている（特許文献１参照）。

この撹拌機は一般に、一端に複数の羽根を備えた接液部を有し、他端側が駆動源に連結された構造のもので、その接液部が濃硫酸又は濃硫酸とＮｉ鉱石からなるスラリー中に浸漬、回転して撹拌するものである。その構造から接液部を構成している撹拌羽根は、使用中に摩耗や腐食による損傷が発生する。
そこで、その摩耗や腐食対策として、撹拌機羽根の材質変更を考えることになるが、撹拌機羽根全体の材質を一度に変更してしまうと、その材質選択が不十分であった場合や、摩耗や腐食が起きる材質だった場合、撹拌機羽根が消失する可能性がある。又、撹拌機羽根が消失すると撹拌機としての機能を為さないため、反応効率の低下、スケールの堆積などの生産上の不具合も生じてしまう。さらに、損傷した撹拌機羽根を交換する場合、ａｕｔｏｃｌａｖｅの操業を停止し、容器内の液抜きを行なう必要があり、これによる減産量は多大な為、通常の操業時は停止できず定期休転でしか停止して撹拌機羽根又は撹拌羽根を交換することが出来ない。

そこで、撹拌機羽根全体を変えずに材料試験を行う方法として、例えば元の材質で製作した撹拌機羽根表面上に材質の異なる試験片、例えば５０ｍｍの板を取り付ける方法が考えられる。
しかし、この方法では通常の羽根上に板が位置することで、板の周りに乱流が起きて耐摩耗性を正確に評価できない。また、板が試験中にスケールなどの固形物と衝突して剥がれ落ちるなどの可能性も考えられる。この為、他の方法が模索されていた。

特表２００９−５１５０４４号公報

このような状況の中で、本発明は撹拌機羽根に適した材質の選択において、低リスク、且つ高精度で実施可能な羽根材料試験方法を提供するものである。さらに、その試験方法で用いられる羽根材料試験用撹拌機羽根を提供する。

上記課題を解決する為に鋭意検討を行ったところ、撹拌機羽根の羽根端部の一部を切り欠き、その切り欠いた羽根端部の一部領域を試験片取付部として羽根材料試験片に置換する試験用撹拌機羽根を開発し、その試験用撹拌機羽根を用い、その試験片取付部に試験を行う材質の異なる材料を、溶接やボルト、ナット、ねじ等の締結具で連結、設置した試験用撹拌機羽根で材質評価する方法を見出し、本発明の完成に至った。

本発明の第１の発明は、溶液又は溶液と固体成分を含むスラリーを貯留物とする容器内で、前記貯留物を撹拌する撹拌機の撹拌機羽根用材料の耐久性を調べる撹拌機羽根の羽根材料試験方法であって、前記撹拌機羽根の羽根端部の一部領域を羽根材料試験片に置換した試験用撹拌機羽根を、前記貯留物中に浸漬のうえ回転させて前記貯留物を撹拌し、前記回転に伴う前記羽根材料試験片の経時変化の観察により羽根材料の劣化状態を判定して前記撹拌機羽根用材料の耐久性を調べることを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。

本発明の第２の発明は、第１の発明における羽根材料試験片が、前記貯留物の撹拌により生じる流れの流れ方向下流側に配置されていることを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。

本発明の第３の発明は、第１及び第２の発明における羽根材料試験片が、前記撹拌機羽根の撹拌使用に際して形成された劣化領域を再現した形態であることを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。

本発明の第４の発明は、第１から第３の発明における撹拌機が、前記試験用撹拌機羽根と回転対称な位置に、通常羽根を備え、前記通常羽根は前記試験用撹拌機羽根と同一形状であり、前記通常羽根の全体が一体に成形されていることを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。

本発明に第５の発明は、第１から第４の発明における羽根材料試験片が、前記羽根材料試験片の羽根長方向に垂直な端面を前記貯留物と非接触状態を維持した状態で、前記貯留物を撹拌することを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。

本発明の第６の発明は、第１から第５の発明における貯留物が、腐食性の溶液を含むことを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。

本発明の第７の発明は、第６の発明における溶液が、酸性溶液であることを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法である。

本発明の第８の発明は、溶液又は前記溶液と固体成分を含むスラリーを貯留物とする容器内で、前記溶液を撹拌する撹拌機の接液部を構成する撹拌機羽根であって、前記撹拌機羽根の羽根端の一部領域に試験片取付部を有し、前記試験片取付部に前記試験片取付部の形状に即した形態の羽根材料試験片が固定してあることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根である。

本発明に第９の発明は、第８の発明における試験片取付部が、前記溶液の撹拌により生じる流れの流れ方向下流側に設けられていることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根である。

本発明の第１０の発明は、第８及び第９の発明における試験片取付部が、撹拌機羽根の撹拌使用時に観察して規定された劣化領域を模した形態であることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根である。

本発明の第１１の発明は、第８から第１０の発明における試験片取付部が、前記羽根材料試験片の羽根長方向に垂直な端面を、前記貯留物と非接触状態を維持する形で設けられていることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根である。

本発明の第１２の発明は、第８から第１１の発明における撹拌機の接液部の羽根枚数ｎに対して、１からｎ−１枚の撹拌機羽根に代わって、前記羽根材料試験用撹拌機羽根が装着されていることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根である。

本発明の第１３の発明は、第８から第１２の発明における貯留物が、溶液且つ腐食性であることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根である。

本発明の第１４の発明は、第１３の発明における溶液が、酸性溶液であることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根である。

本発明によれば、撹拌機羽根に好適な材質の羽根材を選択するための材料試験を、低リスク、且つ容易に高い精度で実施することが可能となり、適正な材質の撹拌機羽根を得ることができ、工業上顕著な効果を奏するものである。

本発明の概略図で、（ａ）は撹拌機の接液部の正面図、（ｂ）は（ａ）の試験用撹拌機羽根の部分拡大正面図、（ｃ）は（ｂ）に示す「ａ−ａ’」線断面図である。 図１に示す例と異なる本発明に係る試験用撹拌機羽根の概略図で、（ａ）は試験用撹拌機羽根の部分拡大正面図、（ｂ）は（ａ）に示す「ａ−ａ’」線断面図である。 本発明に係る試験用撹拌機羽根の他の実施例を示す概略図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）に示す「ａ−ａ’」線断面図である。 撹拌機羽根の撹拌による劣化部位を示す正面図である。

図１（ａ）は、本発明で使用する撹拌機の接液部の正面図で、１は撹拌機の接液部、２は撹拌機羽根、３は回転軸、１０は材料試験用撹拌機羽根、１０ａは試験片取付部、１０ｂは試験片取付部端部、１２は羽根支持部、Ｓは羽根材料試験片、Ｓ_Ｅは羽根側端部端面（試験片の羽根長方向に垂直な端面）、白抜き矢印は試験片Ｓの試験片取付部１０ａへの装着方向を示している。

図１（ｂ）は、材料試験用撹拌機羽根１０の部分拡大図で、羽根端部の試験片取付部１０ａに羽根材料試験片Ｓが設けられている。これまでに得られた撹拌機羽根の摩耗状態や腐食状態を吟味した結果、貯留物の撹拌により生じる流れの流れ方向下流側である図１（ａ）の試験片取付部１０ａで示される位置が、材料試験における試験片の取付、回収のし易さ、並びに試験における摩耗や腐食の発生状態の再現性などの点で望ましい位置であった。１１は羽根取付部である。

なお、摩耗や腐食の発生状態や程度などの再現性の点では、貯留物の撹拌により生じる流れの流れ方向上流側（図１、図４の符号２０の破線枠が示す領域）に試験片取付部を設けても良いが、試験片の視認性や取付の容易さなどからは先に示した符号１０ａで示す位置が望ましい。
さらに、取付けられた試験片Ｓの羽根端部側は、羽根材料試験片Ｓの端面Ｓ_Ｅが露出していても良いが、図に見られるように試験片Ｓの端面Ｓ_Ｅを露出させないような構造の端部１０ｂを有する試験片取付部１０ａが設けられるのが望ましい。図の試験片取付部１０ａは、端面Ｓ_Ｅに正対するように端部１０ｂを有し、法線方向から端面Ｓ_Ｅが見えないようになっている。

図１（ｃ）は、材料試験用撹拌機羽根１０の（ｂ）に示す「ａ−ａ’」線断面図を示すもので、試験片Ｓは凹凸連結で羽根本体に結合されている。
結合後に、溶接による固定や、ボルト、ナットなどの締結具による固定が、使用環境に合わせて選択されて行われる。

図２は、試験片Ｓの取付方法が図１の試験用撹拌機羽根とは異なった方式である例の一つで、（ａ）は正面図、（ｂ）は、（ａ）に示す「ａ−ａ’」線断面図である。試験片Ｓと試験片取付部１０ａとの結合において、凹凸連結の向きが図１の例とは逆になっている場合の例を示している。
図３は、試験片Ｓの取付方法が図１及び図２に示される方式とは異なった方式である例の一つで、（ａ）は正面図、（ｂ）は、（ａ）に示す「ａ−ａ’」線断面図である。試験片Ｓと試験片取付部１０ａとの結合において、その連結面が平面を形成する方式で、試験片の調製が容易である利点を有するが、試験片の連結が外れ易い点があり、試験片の取付に注意を要する。

次に、図１の符号１０で示すような材料試験用撹拌機羽根は、撹拌機の接液部の少なくとも１枚の羽根に採用されるものであるが、通常撹拌機の接液部には複数枚の羽根が備わっていることから、２枚以上の攪拌機羽根を備えている場合、その羽根の枚数をｎ枚（ｎ≧２）とすると、ｎ−１枚までの材料試験用攪拌機羽根を設置可能で、３枚以上の翼を有する攪拌機羽根の場合には、２枚以上の材料試験用攪拌機羽根を、本発明に係る材料試験用撹拌機羽根に替えて羽根材料試験を実施することが可能である。即ち、羽根材料の種類のスクリーニングや、試験回数の増加による「羽根材料」の信頼性の確保が可能である。

［羽根材料試験方法］
材料試験片Ｓを所定位置（符号１０ａ）に設置した材料試験用撹拌機羽根１０を、撹拌機の接液部１の撹拌機羽根２に替えて、撹拌機の接液部１に取付けて、試験用撹拌機羽根を、貯留物が溜められた容器内に設置、浸漬する、或いは空の状態の容器内に設置した後、貯留物を容器内に受け入れながら撹拌機羽根を浸漬させて試験開始状態を作り出す。

ところで、通常撹拌機羽根の摩耗量が最も多い箇所は、撹拌により生じる貯留物の流れに対して上流側の羽根端の縦０ｍｍ〜３０ｍｍ、横０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の範囲であり、次に摩耗量が多い箇所は、図１、符号１０ａが指し示す位置である貯留物の流れに対して下流側の羽根端の縦０ｍｍ〜３０ｍｍ、横０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の範囲であることが調査の結果として把握されている。
さらに、羽根材料を選択する本発明に係る試験では、摩耗や腐食などの羽根材料の劣化状態を評価する場合、最も摩耗が多い上流側の箇所ではなく、次に多い下流側の箇所でも十分な評価が得られることを確認している。

そこで、撹拌効率を考えた際、摩耗の最も大きい上流側の羽根部分が損傷する方が、下流側の羽根部分が損傷するよりも悪影響が大きいため、試験時の損傷リスクを減らし、なお且つ、容易に正確な材料試験を行うために、摩耗が最も激しい上流側ではなく、次に激しい下流側（符号１０ａの位置）に、羽根材料試験片Ｓを取り付けることとした。

また、使用する羽根材料試験片Ｓの形態は、最も摩耗の多い範囲（３０ｍｍ×５００ｍｍ）と同じサイズ（３０ｍｍ×５００ｍｍ）とした。なお、実際、仮に試験片のサイズを大きくしても、摩耗の起きやすい範囲外に試験片を取り付けることになる為、得られる摩耗結果には影響が無くサイズを大きくする意味はない。その上、試験片が腐食で消失するリスクや試験片の購入価格も考慮すると、これ以上サイズを大きくするのは得策ではなく、また、これ以上サイズを小さくしても摩耗の評価は可能であるが、評価可能範囲が限定されてしまう為、正確な評価が出来ない恐れが有る。
以上を考慮し、本発明における試験片取付部１０ａのサイズを選定し、併せて羽根材料試験片Ｓの形態（大きさ）を決定している。

また、下流側で評価を行った後、羽根材料試験片Ｓの摩耗・腐食等の劣化状態が許容値内に収まり使用可能であると判断した場合、撹拌機羽根全体で試験を行う前により厳しい摩耗条件の上流側で試験を行い、評価をしてから撹拌機羽根の全数を選択した羽根材料の撹拌機羽根に替えて実操業に展開するという方法も選択可能である。
なお、図４に撹拌機羽根２の貯留物の流れに対する下流側領域（符号２１）、上流側領域（符号２０）を示す。

次に、貯留物温度や容器内圧力などの試験条件を確認し必要に応じて調節した後、試験を開始する（撹拌操作を行う）。開始後、所定時間が経過した時点で、試験を停止し、撹拌機羽根を貯留物から引き出し、試験片Ｓの表面状態を目視観察して劣化状態（腐食、摩耗状態）の観察、測定を実施し、羽根材料の適否判定を行う。

本発明で劣化状態の試験に供する貯留物には、溶液や、溶液と固体成分の混合状態のスラリーなどが用いられるが、腐食性や摩耗性を有するものであり、酸性溶液や酸性スラリーであり、濃硫酸は代表的な貯留物である。

以下に本発明を、実施例を用いて説明する。

Ｔｉ合金製の撹拌機羽根（８６０×２９０×２５ｍｍ）を４翔、備える接液部を有する撹拌機を用意した後、４翔の撹拌機羽根の内、１翔の撹拌機羽根から、図１に示すように貯留物の流れに対して下流側の羽根端部を縦３０ｍｍ×横５００ｍｍ寸法で取り除き、その除去部分（図１（ａ）の符号１０ａが示す部分）に、撹拌機羽根に用いたＴｉ合金とは異なるＴｉ合金製の羽根材料試験片Ｓを、所定位置に溶接により固定することにより、羽根材料試験片付き接液部を有する撹拌機を作製した。この撹拌機は、軸の先端の接液部に、３翔の撹拌機羽根２と１翔の材料試験用撹拌機羽根１０（羽根材料試験片付きの撹拌機羽根）とが羽根取付部１１、羽根支持部１２を介して連結された構造となっている。

その作製した羽根材料試験片付きの撹拌機羽根を有する接液部を、容器に溜められた貯留物中に浸漬し、６ヶ月間、撹拌運転を行った。
６ヶ月間の経過後に貯留物中より接液部を取り出し、羽根材料試験片Ｓの表面を目視観察した。

（従来例）
従来例として、羽根材料試験片Ｓが取付けられた試験用撹拌機羽根とは対向位置にある撹拌機羽根２の表面も目視観察した。

目視観察の結果、実施例１で用いた羽根材料は、従来の羽根材料と同程度の摩耗性を示していた。

１ 撹拌機の接液部
２ 撹拌機羽根
３ 回転軸
１０ 材料試験用撹拌機羽根
１０ａ 試験片取付部（貯留物の流れに対する下流側領域）
１０ｂ 試験片取付部端部
１１ 羽根取付部
１２ 羽根支持部
２０ 貯留物の流れに対する上流側領域
Ｓ 羽根材料試験片
Ｓ_Ｅ 試験片Ｓの羽根側端部端面

Claims (14)

1. 溶液又は溶液と固体成分を含むスラリーを貯留物とする容器内で、前記貯留物を撹拌する撹拌機の撹拌機羽根用材料の耐久性を調べる撹拌機羽根の羽根材料試験方法であって、
   前記撹拌機羽根の羽根端部の一部領域を羽根材料試験片に置換した試験用撹拌機羽根を、前記貯留物中に浸漬のうえ回転させて前記貯留物を撹拌し、前記回転に伴う前記羽根材料試験片の経時変化の観察により羽根材料の劣化状態を判定して前記撹拌機羽根用材料の耐久性を調べることを特徴とする撹拌機羽根の羽根材料試験方法。
2. 前記羽根材料試験片が、前記貯留物の撹拌により生じる流れの流れ方向下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撹拌機羽根の羽根材料試験方法。
3. 前記羽根材料試験片が、前記撹拌機羽根の撹拌使用に際して形成された劣化領域を再現した形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撹拌機羽根の羽根材料試験方法。
4. 前記撹拌機が、前記試験用撹拌機羽根と回転対称な位置に、通常羽根を備え、前記通常羽根は前記試験用撹拌機羽根と同一形状であり、前記通常羽根の全体が一体に成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撹拌機羽根の羽根材料試験方法。
5. 前記羽根材料試験片が、前記羽根材料試験片の羽根長方向に垂直な端面を前記貯留物と非接触状態を維持した状態で、前記貯留物を撹拌することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撹拌機羽根の羽根材料試験方法。
6. 前記貯留物が、腐食性の溶液を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撹拌機羽根の羽根材料試験方法。
7. 前記溶液が、酸性溶液であることを特徴とする請求項６に記載の撹拌機羽根の羽根材料試験方法。
8. 溶液又は前記溶液と固体成分を含むスラリーを貯留物とする容器内で、前記溶液を撹拌する撹拌機の接液部を構成する撹拌機羽根であって、
   前記撹拌機羽根の羽根端の一部領域に試験片取付部を有し、前記試験片取付部に前記試験片取付部の形状に即した形態の羽根材料試験片が固定してあることを特徴とする羽根材料試験用撹拌機羽根。
9. 前記試験片取付部が、前記溶液の撹拌により生じる流れの流れ方向下流側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の羽根材料試験用撹拌機羽根。
10. 前記試験片取付部が、前記撹拌機羽根の撹拌使用時に観察して規定された劣化領域を模した形態であることを特徴とする請求項８又は９に記載の羽根材料試験用撹拌機羽根。
11. 前記試験片取付部が、前記羽根材料試験片の羽根長方向に垂直な端面を、前記貯留物と非接触状態を維持する形で設けられていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の羽根材料試験用撹拌機羽根。
12. 前記撹拌機の接液部の羽根枚数ｎに対して、１からｎ−１枚の撹拌機羽根に代わって、前記羽根材料試験用撹拌機羽根が装着されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の羽根材料試験用撹拌機羽根。
13. 前記貯留物が、溶液且つ腐食性であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の羽根材料試験用撹拌機羽根。
14. 前記溶液が、酸性溶液であることを特徴とする請求項１３に記載の羽根材料試験用撹拌機羽根。

Images