JP4498410B2 - 自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体 - Google Patents

Description

本発明は、自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体に関し、さらに詳しくは、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に設置される、炉内及び精鉱バーナを点検及び清掃するための自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体に関する。

初めに、銅製錬の概略の流れについて説明する。鉱山から採掘されたままの鉱石は「粗鉱」と呼ばれ、有用鉱物以外に多量の無価値物（脈石）を含んでいることから、「選鉱」と呼ばれる工程により粗鉱から脈石を尾鉱として取り除き高品位の精鉱を回収して製錬に供する。選鉱は鉱物の物理的又は物理化学的性質、例えば密度、硬度、磁性、導電率、湿潤性等の差異を利用して行われる。

選鉱によって得られた精鉱は製錬工程で使用される熱エネルギを節減し、鉱石の炉への供給、運搬などの取り扱いを容易にすると共に、水分による反応性の低下を防止することなどを目的として熱を用いる乾燥が行われる。乾燥は、例えば、僅かに傾斜した長い円筒形の形をした炉を有するロータリキルンと同じ形の回転乾燥機等を用いて行われる。

得られた精鉱を自溶炉に酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に吹き込んで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。自溶炉１は、図５に示すように、反応シャフト３、セットラ４、アップテイク５から構成され、反応シャフト３には１〜３本の精鉱バーナ７が備えられている。精鉱はこの精鉱バーナ７によって炉内に吹き込まれる。自溶炉１は精鉱の酸化反応熱を利用するため他の方法より燃料消費率が低いという特徴がある。尚、酸化反応熱だけでは熱量の不足をきたすおそれもあるので、精鉱バーナ７から重油等で助燃することもある。ここで得られたマットには銅が６０〜６５％含まれる。また、スラグには１％前後の銅が含まれるので図示しない錬かん炉１ａにて錬かんし、銅をマットとして回収し、自溶炉１からのマットとあわせて転炉で処理する。自溶炉１の反応シャフト３の天井部３ａには、炉内及び精鉱バーナを点検及び清掃を行うための点検孔９が設けられている。

転炉は円筒横型でマグネサイト、あるいはクロム・マグネサイト煉瓦で内張りされ、装入・排出に便利なように電動機により前後に傾転できるようになっている。炉の側面下方には多数の羽口を有し、これによりゲージ圧で１００ｋＰａ（１ｋｇ／ｃｍ^２）程度の加圧空気を直接溶融マットへ吹き込んでいる。操業は回分でスラグ生成期（造かん期）と造銅期とに分けられ、スラグ生成期ではマット中の鉄をスラグとして除去する。このスラグ生成期を２〜３回繰り返し、生成した白かわが、ある量に達したのち造銅期に入り粗銅を得る。そして、得られた粗銅を横型傾転タイプあるいは反射炉型の精製炉で粗銅中のＳ、Ｏの調整を実施したのちアノードを鋳造し、電解精錬により高品位の電気銅を得る。

自溶炉操業において、点検孔９の炉内側の内壁や精鉱バーナ７には次第に「ベコ」と呼ばれる鋳付き２が付着してくる。鋳付き２が付着し成長すると点検孔９や精鉱バーナ７の空気吹き出し口などを塞ぎ、炉内及び精鉱バーナ７の点検作業を阻害する大きな要因となる。近年自溶炉の操業は銅需要の増加に伴い処理量も増加しており、当該炉に対する熱負荷が従来よりも上昇している。そのため、射付き２の付着もこれまでより増大し、約４時間に１回（６回／１日）の清掃作業を余儀なくされていた。
また、熱負荷を抑えるためには炉体を効率的に冷却することが必要となる。ここで、炉体の冷却に関しては特許第３３８１２４１号（特許文献１）及び特開平５−１８０５７３号（特許文献２）がある。これらはいずれも反応シャフトの側壁３ｂの周囲に水冷ジャケットあるいは水冷ボックスを配置し、炉体を冷却するというものである。

特許第３３８１２４１号公報 特開平５−１８０５７３号公報

しかし、特許文献１及び２に示されたような水冷構造をそのまま自溶炉の天井部に配置しても鋳付き付着を抑制することは困難であることがわかった。そのため、自溶炉の点検孔を水冷ジャケット構造の水冷ジャケット構造体とすることを検討した。当初は水冷ジャケット構造体を筒状の一体構造とし、構造体の一部に冷却水用の流通路を鋳造によって形成するような構造としたが、昨今の銅需要の増加による処理量の増加に伴う熱負荷の上昇に十分耐えきれないことがわかった。また、水冷ジャケット構造体自体の寿命も約１年で交換が必要となり、設置コストの負担も問題となった。

また、点検孔の下部側に鋳付きが付着すると精鉱バーナから吹き込む空気又は酸素付加空気の吹き込み口が詰まり、炉内の気流の流れに影響を与え、精鉱の正常な燃焼が妨げられる。また、冷却が不十分な状態で付着した鋳付きは固く剥離性が悪く、除去作業に手間がかかるという問題があった。

そこで、本発明者らは、この問題を鋭意検討したところ、鋳造によって形成した水路は性質上、水漏れのリスクが高く寿命の面が課題であったこと、また、点検孔の水冷ジャケット構造体の先端と、精鉱バーナ外筒ジャケットとの境界部には、半円形状の隙間が形成されており、その部分には不定形耐火物を設置してシーリングしていたために、その部分に対する水冷ジャケット構造体による冷却効果が劣り、その結果、鋳付きの剥離性が悪く、鋳付き物の除去作業の増加や、精鉱バーナ部分での熱対流の乱れによる精鉱の反応悪化要因となっていたことが判明した。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、水漏れトラブルを未然に防止することができ、自溶炉の安定化操業に寄与する自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体を提供することを目的とする。
また、本発明は、精鉱バーナでの反応に大きく影響を及ぼす、精鉱バーナ近傍の鋳付き除去が容易となり、ひいては自溶炉操業の安定化、反応均一化によるスラグロスの低減に寄与することが可能な自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、点検孔ジャケット構造の寿命が長く、ランニングコスト削減に寄与することが可能な自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、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に設置される炉内及び精鉱バーナを点検及び清掃するための点検孔に装着する自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体であって、冷却水を流通させるための水路となる冷却管を内部に鋳込んで形成された複数のジャケット板であって、炉体に固定するための取付部を備えた略平行四辺形状の左右の側板と、少なくとも精鉱バーナの外筒近傍に位置する部分を精鉱バーナの外筒の曲率に合わせた形状とされた前側板と、矩形状の後側板の各ジャケット板の側縁部をそれぞれ溶接することによって中空部を有する角筒状とし、中空部が精鉱バーナの外筒側に向かって斜め下側に傾斜した状態で反応シャフトの天井部に配置されるように形成されると共に、ジャケット板の先端部を精鉱バーナの外筒の表面から均等な距離に位置させるために精鉱バーナの外筒近傍に位置する部分を精鉱バーナの外筒の曲率に合わせた形状とすることにより複数の点検孔用水冷ジャケット構造体を精鉱バーナの周囲に配置することによって精鉱バーナの外筒を取り囲むように配置可能に形成され、自溶炉の熱負荷に応じて各ジャケット板の冷却水系統に、単独或いは複数の系統から冷却水を流すことにより、冷却能力及び冷却水の使用量を調節することを可能としたことを特徴とする自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体を提供する。
冷却水を流通させるための水路となる冷却管を内部に鋳込んで形成されたジャケット板を複数組み合わせることにより中空部を備えた筒状体形状とし、その中空部を介して炉内を観察すると共に、点検や鋳付きの除去などの作業を行う。また、単独或いは複数の系統に冷却水を流すことにより、冷却能力を調節でき、また、冷却水の使用量を調節することによるランニングコスト低減を図ることができる。さらに、点検孔用水冷ジャケット構造体の精鉱バーナ付近に位置する部分を精鉱バーナの外筒の曲率に合わせた形状とすることで精鉱バーナにより近い部分をより効果的に冷却することができる。また、精鉱バーナにより近い部分を点検、清掃することができる。

上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体において、冷却管は銅製又は銅合金製のパイプ材で、冷却管の周辺を銅又は銅合金で鋳造したことを特徴とする。
冷却管を予め所望の形状に配置した状態でジャケット板を鋳造する。構造体の一部に冷却水用の流通路を鋳造によって形成するのではなくパイプ材を用いるのでジャケットが溶損して水路近傍の肉厚が薄くなってもクラック等が発生しにくく、水漏れトラブルを防止することが出来る。

上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体において、筒状体とされたジャケット板の周囲に金属製のカバー部材を設けたことを特徴とする。
金属製カバー部材によって複数のジャケット板を組み合わせて形成した角筒状体をしっかりと補強する。

本発明に係る自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体によれば、点検孔ジャケットの水漏れトラブルを未然に防止することができ、自溶炉操業の安定化に貢献するという効果がある。
また、本発明に係る自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体によれば、精鉱バーナでの反応に大きく影響を及ぼす、精鉱バーナ近傍の鋳付きの除去が容易となり、自溶炉操業の安定化、反応均一化によるスラグロスの低減に寄与するという効果がある。
さらに本発明に係る自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体によれば、点検孔用水冷ジャケット構造体の寿命が長く交換のサイクルを長くすることができると共に、単独あるいは複数の系統に冷却水を流すことにより冷却水の使用量を調節することでランニングコストの削減に大いに寄与するという効果がある。

本発明に係る自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体ついて図面を参照しつつ以下詳細に説明する。図１は本発明に係る自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体の一実施形態の斜視図、図２はその分解斜視図である。

図示された点検孔用水冷ジャケット構造体１０は、内部に冷却水を流通させるための水路となる冷却管２１、２２、２３、２４がそれぞれ配設されたジャケット板１１、１２、１３、１４を組み合わせることによって中空部１０ａを備えた角筒形状に形成されている。

ジャケット板１１、１２、１３、１４は、それぞれ右側ジャケット板１１と、左側ジャケット板１２と、前側ジャケット板１３と、後側ジャケット板１４を備えており、左右のジャケット板１１、１２は互いに対称形状とされている。右側ジャケット板１１の内部には冷却管２１が配設されており、冷却管２１は前側ジャケット板１３と接する側の上部側から外部に突出し、その部分が冷却水の供給口２１ｂと形成され、それとは反対側の冷却管２１の端部は後側ジャケット板１４と接する側の上部から外部に突出し、その部分が冷却水の排出口２１ａとされている。右側ジャケット板１１は、その平面形状が略平行四辺形状をなしており、各ジャケット板１１、１２、１３、１４を組み合わせたときに形成される中空部１０ａが精鉱バーナ７の外筒７ａ側に向かって傾斜した状態で配置されるように形成されている（図４参照）。本実施形態では外筒７ａに近接する部分（右側ジャケット板１１の左下部）が切り落とされた形状となっているため正確には五角形となっているが、これを平行四辺形と仮定した場合、図４に示すように、天井部３ａの水平面に対する斜辺の傾斜角θが４５°となっている。尚、傾斜角θはこれに限るものではなく、９０°より小さい角度であればよく、好ましくは、３０〜６０°の範囲であるとよい。

右側ジャケット板１１は銅又は銅合金製を鋳造することによって形成されており、その内部には冷却管２１が鋳込まれている。尚、鋳造用の金属材料としては熱伝導性がよく、成型に適した金属であればよく銅又は銅合金に限定されるものではない。冷却管２１は銅又は銅合金製のパイプ材によって形成されており、点検孔用水冷ジャケット構造体１０を天井部３ａに設けられた装着孔９ａ（図４参照）に取り付けた際に冷却管２１がなるべく精鉱バーナ７の外筒７ａ近傍に位置するように屈曲されて配置されている。尚、冷却管２１の周辺は少なくとも銅又は銅合金によって鋳造されていることが好ましい。

右側ジャケット板１１の上部側の側面には点検孔用水冷ジャケット構造体１０を反応シャフト３の天井部３ａに固定するための取付部１１ａが設けられている。取付部１１ａは鉄製鋼板、銅又は銅合金によって平板状に形成され、その表面にはボルトなどの締着部材を挿通固定するための挿通孔１１ｂ、１１ｂが穿設されている。尚、左側ジャケット板１２も冷却水の供給口２２ｂと排出口２２ａを備えた冷却管２２がその内部に配設されていると共に、挿通孔１２ｂ、１２ｂを備えた取付部１２ａが設けられている等、右側ジャケット板１１と同様の構成とされており、その詳しい説明は省略する。但し、左側ジャケット板１２は右側ジャケット板１１とは左右対称の形状となっている。

前側ジャケット板１３も冷却水の供給口２３ｂと排出口２３ａを備えた冷却管２３がその内部に配設されたジャケット構造とされている点は上述の左右のジャケット板１１、１２の場合と同様である。但し、前側ジャケット板１３は左右のジャケット板１１、１２と異なりその平面形状は概略矩形状とされているが、精鉱バーナ７の外筒７ａ近傍に位置する先端部１３ａは精鉱バーナ７の外筒７ａの曲率に合わせた形状とされている。具体的には、先端部１３ａは円筒状の外筒７ａの外周面からの距離がほぼ均等となるような円弧状の曲面となっている。これにより、精鉱バーナ７の外筒７ａに対する冷却効果が高まり、精鉱バーナ７の温度上昇を効果的に抑制する。

後側ジャケット板１４も冷却水の供給口２４ｂと排出口２４ａを備えた冷却管２４がその内部に配設されたジャケット構造とされている点で上述の前側のジャケット板１３の場合と同様である。後側ジャケット板１４の精鉱バーナ７の外筒７ａ側に位置する先端部は曲面状とされた前側ジャケット板１３とは異なり、直線状とされ、その平面形状は矩形状とされている。但し、前側ジャケット板１３と同様に先端部は曲面状としてより精鉱バーナ７の外筒７ａに近接させることも可能である。

上述した４つのジャケット板１１、１２、１３、１４の側縁部を溶接などによって接着し、角筒状に組み合わせることにより点検孔となる中空部１０ａが形成される（図１参照）が、本実施形態ではさらに筒状体とされたジャケット板１１、１２、１３、１４の周囲に金属製のカバー部材３０が設けられている。カバー部材３０は鋼板によって形成された右側板材３１と、左側板材３２と、前側板材３３と後側板材３４をジャケット板１１、１２、１３、１４の周囲に配置し、その側縁部を溶接などによって接着することによって形成されている。カバー部材３０を設けることで点検孔用水冷ジャケット構造体１０の強度を補強している。

次に、上述した点検孔用水冷ジャケット構造体１０の使用例を説明する。まず、点検孔用水冷ジャケット構造体１０を反応シャフト３の天井部３ａに設けられた装着孔９ａに取り付ける。装着孔９ａは、点検孔用水冷ジャケット構造体１０の形状に即した形状、すなわち、天井部３ａに精鉱バーナ７の外筒７ａ側に向かって斜め下側に向かうようにして形成されており、この装着孔９ａに点検孔用水冷ジャケット構造体１０を装着する。点検孔用水冷ジャケット構造体１０の配置は、図３に示されているように、精鉱バーナ７の外筒７ａを取り囲むように９０°ごとに４か所に配置される。点検孔用水冷ジャケット構造体１０の配置箇所はこれ以外にも、例えば、１２０°ごとに３か所、あるいは、７２°ごとに５か所に配置するなど４か所に限られるものではないが、本実施形態の前側ジャケット板１３の先端部１３ａの長さは精鉱バーナ７の外筒７ａの円周の長さの約４分の１弱の長さとなっているので９０°ごとに４か所に配置することで外筒７ａを効率よく冷却することが可能となる。

装着孔９ａに装着した点検孔用水冷ジャケット構造体１０は、取付部１１ａ、１２ａを反応シャフト３の天井部３ａの所定箇所にボルトなどの締着部材によって締着し、しっかりと固定する。このとき前側ジャケット板１３の先端部１３ａは曲面状となっているので精鉱バーナ７の外筒７ａの表面から均等な距離に位置される。本実施形態の場合、外筒７ａの表面からの距離は約３０ｍｍとされている。外筒７ａの周囲の４か所に点検孔用水冷ジャケット構造体１０をそれぞれ配置したら冷却水を供給する図示しない供給管をそれぞれ供給口２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂと連結すると共に、冷却水を排出する図示しない排出管をそれぞれ排出口２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａと連結する。冷却水の供給及び排出は各冷却管２１、２２、２３、２４ごとに独立して行われるようになっているので、単独あるいは複数の系統に冷却水を流すことにより、冷却能力を調節することができる。また、冷却水の使用量を適宜調節することでランニングコストの低減を図ることができる。

そして、上述のようにして配置された点検孔用水冷ジャケット構造体１０の中空部１０ａを介して精鉱バーナ７の先端側の精鉱及び空気の吹き出し口の状態を点検すると共に、点検孔用水冷ジャケット構造体１０の下部側に付着した鋳付きをランスなどで削ぎ落すなどの清掃作業などを行う。尚、中空部１０ａにはその空間部を閉塞するための図示しない蓋材が取り付けられるようになっており、操業の際には図示しない蓋材によって中空部１０ａはしっかりと閉塞され排ガスが炉該に漏出しないようになっている。

上述した点検孔用水冷ジャケット構造体１０を自溶炉に導入し、操業を行った。一体構造の水冷ジャケットではその寿命が１年未満であったのに対し、上述の点検孔用水冷ジャケット構造体１０では冷却効果の向上により、２年以上の寿命を確保することができ自溶炉の安定操業に寄与することができた。最近では数年前に比べて銅鉱石の処理量が増加し、熱負荷が１．４倍程度上昇しているが、それに対しても十分な冷却能力を発揮することができた。

上述の点検孔用水冷ジャケット構造体１０では、半円状の精鉱バーナ７の外筒７ａ近傍を均等に冷却することが可能となったため、鋳付きの低減および取除きが安易となり、鋳付き物を十分に取除けるようになった。これにより、鋳付き取除き後の自溶炉内の熱環境の改善が図られると共に、反応性が向上したので、操業の安定性に大きく寄与することとなった。

以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。

本発明に係る自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体の一実施形態の斜視図である。 図１に示す自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体の分解斜視図である。 点検孔用水冷ジャケット構造体の配置状態を示す図である。 点検孔用水冷ジャケット構造体を天井部に配置した状態を示す側面図である。 自溶炉の側面断面図である。

符号の説明

１ 自溶炉
２ 鋳付き
３ 反応シャフト
３ａ 天井部
３ｂ 側壁ｚ
４ セットラ
５ アップテイク
７ 精鉱バーナ
９ 点検孔
９ａ 装着孔
１０ 点検孔用水冷ジャケット構造体
１０ａ 中空部
１１ 右側ジャケット板
１１ａ 取付部
１１ｂ 挿通孔
１２ 左側ジャケット板
１２ａ 取付部
１２ｂ 挿通孔
１３ 前側ジャケット板
１３ａ 先端部
１４ 後側ジャケット板
２１、２２、２３、２４ 冷却管
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ 排出口
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ 供給口
３０ カバー部材
３１ 右側板材
３２ 左側板材
３３ 前側板材
３４ 後側板材

Claims (3)

1. 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に設置される炉内及び精鉱バーナを点検及び清掃するための点検孔に装着する自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体であって、
   冷却水を流通させるための水路となる冷却管を内部に鋳込んで形成された複数のジャケット板であって、炉体に固定するための取付部を備えた略平行四辺形状の左右の側板と、少なくとも前記精鉱バーナの外筒近傍に位置する部分を当該精鉱バーナの外筒の曲率に合わせた形状とされた前側板と、矩形状の後側板の各ジャケット板の側縁部をそれぞれ溶接することによって中空部を有する角筒状とし、前記中空部が前記精鉱バーナの外筒側に向かって斜め下側に傾斜した状態で前記反応シャフトの天井部に配置されるように形成されると共に、前記ジャケット板の先端部を前記精鉱バーナの外筒の表面から均等な距離に位置させるために前記精鉱バーナの外筒近傍に位置する部分を当該精鉱バーナの外筒の曲率に合わせた形状とすることにより複数の点検孔用水冷ジャケット構造体を精鉱バーナの周囲に配置することによって精鉱バーナの外筒を取り囲むように配置可能に形成され、前記自溶炉の熱負荷に応じて当該各ジャケット板の冷却水系統に、単独或いは複数の系統から冷却水を流すことにより、冷却能力及び冷却水の使用量を調節することを可能としたことを特徴とする自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体。
2. 請求項１に記載の自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体において、
   前記冷却管は銅又は銅合金製のパイプ材で、当該冷却管の周辺を銅又は銅合金で鋳造したことを特徴とする自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体。
3. 請求項１又は２に記載の自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体において、
   筒状体とされたジャケット板の周囲に金属製のカバー部材を設けたことを特徴とする自溶炉の点検孔用水冷ジャケット構造体。

Images