JP4822720B2 - アノード鋳造方法及びアノード鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、アノード鋳造方法及びアノード鋳造装置に関し、さらに詳しくは、モールドに溶湯を鋳込んで銅等の有価金属のアノード板を鋳造するアノード鋳造方法及びアノード鋳造装置に関する。

乾式の銅製錬では、粗銅を精製炉おいて、それぞれ酸化、還元して得られた純度約９９．５％の精製粗銅をさらに電解精製に供するために「アノード」と呼ばれる板状粗銅に鋳造することが行われている。すなわち、一般に２基の精製炉によってそれぞれ精製された溶湯は、樋を介して溜鍋に一旦貯留された後、ロードセルによる計量機能を備えた計量鍋に注湯される。そして、図７に示すように、計量鍋１０から回転テーブル１上の円周方向に複数並べられたモールド３に順番に一定重量（約３５０ｋｇ）づつ鋳込まれ、そして、矢印方向に回転しながらアノードが鋳造されるようになっている。尚、１〜２０の番号で示したのは回転テーブル１に配置されたモールド３の番号である。

図７に示した従来のアノード鋳造装置Ａでは、回転テーブル１上のモールド３の番号「１」の位置において計量鍋１０にて計量された溶湯の鋳込みが行われる。そして、番号３〜１１までの位置に鋳込まれた溶湯を冷却するための設備である水冷ゾーン５が設けられている。モールド３に鋳込まれた溶湯は、回転テーブル１の回転によって水冷ゾーン５を通過する間に冷却水が散布されることにより冷却されて固形化する。そして、冷却された溶湯は、アノード板として番号１５の位置でモールド３から剥ぎ取られ、電解精製工程に送られる。

アノードを剥ぎ取った後のモールド３には、番号１６の位置でその表面に粘土粉などからなる離型剤が塗布され、そして番号１８の位置でシリコンが塗布された後、再び番号１の位置に戻って溶湯が鋳込まれ、アノードの鋳造が行われる。このようにして精製炉内の溶湯がなくなるまでアノードの鋳造処理が繰り返して行われるようになっている。

一方、冷却工程を経た後のアノードに曲がりや歪み等の異常が認められた場合には、電解精製工程において短絡の原因となったり、電気銅の成長に偏りが生じる等、操業上の問題を生じさせるおそれがあることからそのようなアノードは番号１３の位置で取り除かれるようになっている。

このようなアノード鋳造装置において、アノードの形状を良好に保つためにはモールドに鋳込まれたアノードを適正な温度に冷却することが重要であるという点に着目し、鋳込時の溶湯温度と、鋳型中のアノードをそのショルダー部側を上向に押し上げる最初の位置におけるアノード表面温度の差が３００℃以内とし、且つアノード冷却と鋳型冷却のための散水終了時のアノード表面温度が６５０℃以下となるように冷却を調節することを特徴とするアノードの冷却方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−３２０９０号公報

しかしながら、最近ではアノードの鋳造効率の更なるアップが求められるようになっている。例えば、これまでの８０ｔ／ｈのペースでの操業から１２０ｔ／ｈペースでの操業にするとすれば回転テーブル１の速度をアップさせる必要がある。そうなると水冷ゾーン５における冷却が追いつかなくなり冷却後のモールド３の温度がこれまでよりも上昇してしまうという問題がある。

溶湯の鋳込み時におけるモールドの温度は少なくとも夏場では１６０℃以下、冬場では１４０℃以下であることが好ましい。
これは、冷却水と溶湯（アノード）に挟まれるモールドの温度差が少なくなる事により、モールド鋳込み面の熱伸縮によるひび割れ欠損が抑えられ、その結果モールド寿命が延びると考えられる。
図５のモールドの温度変化のグラフに示されているように、１２０ｔ／ｈペースで操業を行った場合には、溶湯の鋳込み時（番号「１」の位置）におけるモールドの温度は約１８５℃となっている。このように鋳込み時のモールドの温度が高すぎるとアノードの寸法が変化したり、モールドにひび割れや欠けが生じ、モールドの寿命を著しく短くしてしまうという問題がある。
また、鋳込み時のモールドの温度が高すぎるとアノードがモールドに焼き付いてしまうという問題も生じる。この場合、水冷ゾーン５での冷却を強力に行うことも考えられるが、急激な冷却もまたアノードの変形や割れ等の問題を生じさせるおそれがある。従って、特許文献１に開示されているような従来のアノードの冷却方法を採用したとしてもアノードの鋳造効率のアップを図ることはできない。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するために、これまでよりもアノードの鋳造効率をアップしても適正なアノードを製造することができると共に、モールドの寿命を短くすることなく操業を行うことが可能なアノード鋳造方法及びアノード鋳造装置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、モールドに溶湯を鋳込んでアノードを鋳造するアノード鋳造装置において、アノードを鋳造するためのモールドが円周方向に沿って複数配置された回転可能な回転テーブルと、溶湯が鋳込まれたモールドが回転テーブルの回転によって所定の位置まで移動する間に複数の冷却水散布ノズルから冷却水を散布して一次冷却する第一の冷却手段を備えた一次水冷部であって、溶湯が鋳込まれたモールドに当該一次水冷部を通過する間の前半においては上部側からは冷却水を散布しないようにした一次水冷部と、第一の冷却手段によって冷却されて固化したアノードを剥ぎ取ったあとのモールドの温度を測定する温度測定手段と、第一の冷却手段とは別に設けられ、温度測定手段によって温度が測定されたアノードが剥ぎ取られた後のモールドに下部側冷却水散布ノズル及び側部側冷却水散布ノズルから冷却水を散布して二次冷却する第二の冷却手段を備えた二次水冷部であって、下部側冷却水散布ノズル及び側部側冷却水散布ノズルからモールドの下部側及び／又は側部側に冷却水を散水し、上部からの冷却水の散水は行わないようにした二次水冷部と、そして、温度測定手段により測定したモールドの温度に基づいて温度測定が行われたモールドが回転テーブルの回転によって溶湯が鋳込まれる位置に達した際に当該モールドの温度が少なくとも１６０℃以下となるように冷却するために必要な冷却条件を特定し、その条件に従って二次水冷部の第二の冷却手段の時間当たりの散布量及び散布時間を制御する温度管理手段とを備えて構成されたことを特徴とする。

本発明に係るアノード鋳造装置は、第一の冷却手段によって一次冷却されたアノードを剥ぎ取ったあとのモールドの温度を温度測定手段によって測定し、測定されたモールドの温度に基づいてモールドの温度をさらに所定温度まで冷却するために必要な冷却条件を特定し二次冷却する第二の冷却手段を制御する温度管理手段を備えているので、回転テーブルの操業速度を速めても溶湯の鋳込み時におけるモールドの温度を上昇させることなく適正な温度状態で配置させることができる。従って、アノードの鋳造効率のアップを実現することが可能となる。

上記課題を解決するために請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のアノード鋳造装置において、モールドの裏側面を波型に形成し又は冷却フィンを設けることにより表面積を増やして冷却効果を高めるようにされていることを特徴とする。
モールドの裏側面の表面積を広くして冷却効果を高めたので全体としての温度上昇が押さえた状態でモールドを循環することが可能となる。

上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、回転可能な回転テーブル上に円周方向に沿って配置された複数のモールドに溶湯を鋳込んでアノードを鋳造するアノード鋳造方法において、溶湯が鋳込まれたモールドが回転テーブルの回転によって所定の位置まで移動する間に複数の冷却水散布ノズルから冷却水を散布して一次冷却する第一の冷却手段を備えた一次水冷部を通過する間の前半においては上部側からは冷却水を散布しないようにして溶湯が鋳込まれたモールドを一次冷却する第一次冷却工程と、第一次冷却工程によって冷却されて固化したアノードを剥ぎ取ったあとのモールドの温度を温度測定手段によって測定する温度測定工程と、温度測定工程において測定したモールドの温度に基づいて温度測定が行われたモールドが回転テーブルの回転によって溶湯が鋳込まれる位置に達した際に当該モールドの温度が少なくとも１６０℃以下となるように冷却するために必要な冷却条件を特定する温度管理工程と、そして、第一の冷却手段とは別に設けられ、温度測定手段によって温度が測定されたモールドに下部側冷却水散布ノズル及び側部側冷却水散布ノズルから冷却水を散布して二次冷却する第二の冷却手段を備えた二次水冷部において温度管理工程で特定した条件に従ってアノードが剥ぎ取られた後のモールドの下部側及び／又は側部側に下部側冷却水散布ノズル及び側部側冷却水散布ノズルから冷却水を時間当たりの散布量及び散布時間を制御しつつ散布し、上部からの散水は行わないようにしてモールドを二次冷却する第二次冷却工程とを備えて構成されたことを特徴とする。

本発明に係るアノード鋳造方法及びアノード鋳造装置によれば、第一の冷却手段によって一次冷却されたアノードを剥ぎ取ったあとのモールドの温度を測定し、測定されたモールドの温度に基づいてモールドの温度をさらに所定温度まで冷却するために必要な冷却条件を特定して第二の冷却手段によって二次冷却するように制御することとしたので、これまでよりも回転テーブルの回転速度を速めても溶湯の鋳込み時におけるモールドの温度を上昇させることなく適正な温度状態で配置させることができる。従って、アノードの鋳造効率のアップを実現することが可能となるという効果を有する。

本発明に係るアノード鋳造方法及びアノード鋳造装置について図面を参照しつつ以下詳細に説明する。図１は本発明に係るアノード鋳造装置の一実施形態における平面図である。尚、図７に示した従来のアノード鋳造装置における各部と同じ部分には同じ符号を付した。
図示されたアノード鋳造装置Ａは、概略として、回転テーブル１と、一次水冷部５と、温度計２０ａと、二次水冷部２１と、そして、二次水冷部２１を制御する温度管理部２０とを備えて構成されている。

回転テーブル１は、例えば銅アノードを鋳造するためのモールド３が円周方向に沿って複数配置されて構成されている。そして、回転テーブル１は、図示しない駆動機構によって矢印の方向に回転可能に構成されている。図示された回転テーブル１には１〜２０のモールド３が設けられている。そして、番号１の位置において溶湯が鋳込まれる。鋳込みは、計量鍋１０に所定量（約３５０ｋｇ）の溶湯が注湯されたことをロードセルによって計量し、所定量に達したら計量鍋１０を傾倒させてモールド３に流し込まれるようになっている。尚、モールド３の数はこれに限定されるものではない。

モールド３は、図４（ａ）（ｂ）に示されているように、アノード板の形状にくり抜かれた凹部３ａが形成されており、この凹部３ａに溶湯が鋳込まれるようになっている。また、モールド３の裏側面３ｂは表面積を増やして冷却効果を高めるようにするために波型に形成されている。そのほか、モールド３の裏側面３ｂに冷却フィンを設けることによって表面積を増やして冷却効果を高めるようにしてもよい。尚、図８に従来のモールド１０３を示す。ここで、符号１０３ａは凹部、１０３ｂは裏側面である。

回転テーブル１の番号３〜１１までの位置には一次水冷部５が設けられている。一次水冷部５は、回転テーブル１の番号３〜１１までを覆う位置に配置されたフードの内部に配設された図示しない冷却水用配管に設けられた複数の冷却水散布ノズル５ａを備えて構成されている。
この一次水冷部５によりモールド３に流し込まれた溶湯は、回転テーブル１の回転によって一次水冷部５を通過する間に冷却水散布ノズル５ａから冷却水が散布されて冷却が行われるようになっている。
尚、番号３〜７までの間では上部側からの冷却水の散布は行わない。この位置で上部側から散水すると、薄皮状に銅が固化したものがアノード表面に斑に被覆し、電解工程で悪影響を及ぼすためである。

一次水冷部５のうしろ側、すなわち、番号１３の位置では、曲がりや歪み等の異常が認められたアノードの除去が行われる。ここで剥ぎ取られた不良アノードは冷剤として再利用されることになる。一方、適正なアノードはアノード板として番号１５の位置でモールド３から剥ぎ取られ、次の電解精製工程に送られる。

番号１６のモールド３の位置にはモールド３の温度を測定するための温度計２０ａが配設されている。温度計２０ａとしては、モールド３の表面温度を測定するため放射温度計が採用可能である。例えば、非接触式温度計Hartmann＆Braun社製型式Sensytherm IR-Pがあり。尚、この非接触式温度計は、予め接触式温度計（アンリツ社製ＡＰ−３００）で温度公正をしておく。温度計は、これに限定されるものではなく他の温度計を用いることももちろん可能である。温度の測定は、例えば、図２（ｂ）に示すように、モールド３の側面部に設けられた温度測定部３ｃで行う。温度測定部３ｃは底面からの高さ約１２０ｍｍ、中心から約５５０ｍｍの位置に設けられている。
そして、ここで測定された温度データは、次に説明する温度管理部２０に送られるようになっている。
また、番号１６のモールド３の位置には、離型剤塗布装置３１が設けられており、粘土粉などからなる離型剤が塗布されるようになっている。

温度管理部２０は、温度計２０ａによって測定されたモールド３の温度に基づいて後述する二次水冷部２１において、当該モールド３に対して時間当たりどの位の量の冷却水をどれ位の時間散布すればモールド３が回転テーブル１の番号１の位置に至ったときにその温度が約１６０℃以下になるのか、またはモールド３がさらに１回転したのち再び番号１６の位置で温度測定されたときに少なくとも１８０℃以下になるのかを、算出するプログラム及びそのプログラムを処理するための図示しない中央処理装置を含む演算装置を備えている。尚、この冷却条件は、実際の操業に基づくデータや実験データを基に決定することができる。好ましくは、モールド３が回転テーブル１の番号１の位置に至ったときの温度は夏場では約１６０℃以下、冬場では約１４０℃、一方、モールド３がさらに１回転したのち再び番号１６の位置で温度測定されたときの温度は夏場では約１８０℃以下、冬場では約１６０℃とするとよい。ここで、モールド３が番号１の位置に至ったときの温度を夏場では約１６０℃以下、冬場では約１４０℃以下となるようにするのは、上述したように、鋳込みが行われた際のモールド３の温度は比較的低い状態を保ちながら一次水冷部５に至り冷却されるので、アノード３が剥ぎ取られた後のモールド自体の温度もあまり上昇させない。そのためモールド３を比較的低い状態を保ちながら循環させることができるのでアノードの鋳造効率をアップすることが可能となるからである。具体的には、温度計２０ａにより番号１６の位置で測定したモールド３の温度が夏場では約１８０℃以下、冬場では約１６０℃であるとモールド３が番号１の位置に至ったときの温度をそれぞれ約１６０℃以下、１４０℃以下にすることができる。

次に、番号１７のモールド３の位置には、二次水冷部２１が設けられている。二次水冷部２１は、番号１７のモールド３を覆うようにして配置されたフード内部に、図３に示すように、下部側冷却水散布ノズル２１ａと側部側冷却水散布ノズル２１ｂを備えた図示しない冷却水用配管を配設することによって構成されている。下部側冷却水散布ノズル２１ａはモールド３の下部側から、側部側冷却水散布ノズル２１ｂはモールド３の側面側から冷却水を散布することができるようになっている。この下部側冷却水散布ノズル２１ａ及び側部側冷却水散布ノズル２１ｂは、温度管理部２０と電気的に接続され、温度管理部２０からの指令に基づいて開閉可能な電磁弁を備えて形成されている。これにより、温度管理部２０によって算出された冷却水の時間当たりの散布量及び散布時間に従って冷却水が散布されるようになっている。尚、冷却水の散布は、モールド３の側面側又は下部側のいずれかに行うように構成することも可能である。但し、注意しなければならないのは、ここで上部から散水すると、蒸発しきれず注湯を迎え、水蒸気爆発を起こす危険があるので、上部散水は行わない方が望ましい。上部側から散水するときは少量とする。

次に、番号１８のモールド３位置には、モールド３の縁表面にシリコン剤を塗布するシリコン塗布装置３０が配置されている。シリコン剤はモールド３にアノード縁の鋳張り（「額縁」とも呼ばれる）を抑制するために塗布される。

以上のように構成されたアノード鋳造装置Ａによってアノードの鋳造を行ったところ、図５の「×」で示されているグラフのように、鋳込み時におけるモールド３の温度が約１４０℃となっていることがわかる。尚、その上に示されたグラフは従来のアノード鋳造装置で１２０ｔ／ｈペースでの操業を行った際のグラフである。ここで、図５で表示したグラフは株式会社チノー社製ハンディ放射温度計ＩＲ−ＴＥで測定した。
このアノード鋳造装置Ａによれば、これまでの８０ｔ／ｈのペースでの操業から１２０ｔ／ｈペースでの操業が可能となると共に、モールド３の寿命はアノードの鋳造枚数がこれまでの１，６００枚から５，０００枚へと大幅に伸ばすことができた。

次に、本発明に係るアノード鋳造方法について、上述したアノード鋳造装置の動作と共に説明する。ここで、図６は本発明の一実施形態におけるアノード鋳造方法のフローチャートである。
初めに、計量鍋１０により所定量の溶湯が計量されると回転テーブル1に配置されたモールド３に流し込まれる。そして、溶湯が鋳込まれたモールド３は回転テーブル１の回転によって一次水冷部５に運ばれ、却水散布ノズル５ａから冷却水が散布されて第一次冷却が行われる（ステップＳ１）。第一次冷却が終了したモールド３のアノードは良・不良の判定が行われ、不良の場合は番号１３の位置で剥ぎ取られて冷剤等として利用される。一方、良の場合は番号１５の位置で剥ぎ取られ、電解精練工程へ送られる。

アノードが剥ぎ取られたモールド３は番号１６の位置で温度計２０ａによりその温度が測定される（ステップＳ２）。そして、その温度データは温度管理部２０に送られて次の二次水冷部２１においてモールド３に対して時間当たりどの位の量の冷却水をどれ位の時間散布すればモールド３が回転テーブル１の番号１の位置に至ったときにその温度が約１６０℃以下になるのか、またはモールド３がさらに１回転して再び番号１６の位置に至り温度計２０ａによってその温度が測定されたときに約１８０℃以下になるのかを、温度管理部２０の演算装置によって算出する（ステップＳ３）。

算出された結果に基づいて二次水冷部２１の下部側冷却水散布ノズル２１ａ及び側部側冷却水散布ノズル２１ｂの開閉を制御することによって冷却水を散布してモールド３を冷却する（ステップＳ４）。モールド３の裏側面３ｂは冷却効率を高めるため表面積を広くした波型とされているので従来のモールド３よりも短い時間で冷却が進む。

二次水冷部２１での冷却が終るとモールド３は再び番号１の位置に戻り、溶湯の鋳込みに供される。このようにして精製炉内の溶湯がなくなるまでアノードの鋳造処理が繰り返し行われる。

本発明に係るアノード鋳造装置の一実施形態の概要を示す平面図である。 モールドの温度測定の一実施形態を示すずであり、（ａ）はモールドの平面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図である。 二次水冷部の概要を示す説明図である。 （ａ）はモールドの平面図、（ｂ）はその側面図である。 本発明に係るアノード鋳造装置と従来のアノード鋳造装置により操業した際のモールドの温度変化を示したグラフである。 本発明の一実施形態におけるアノード鋳造方法のフローチャートである。 従来のアノード鋳造装置の概要を示す平面図である。 （ａ）は従来のモールドの平面図、（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

Ａ アノード鋳造装置
１ 回転テーブル
３ モールド
３ａ 凹部
３ｂ 裏側面
５ 一次水冷部
５ａ 冷却水散布ノズル
１０ 計量鍋
２０ 温度管理部
２０ａ 温度計
２１ 二次水冷部
２１ａ 下部側冷却水散布ノズル
２１ｂ 側部側冷却水散布ノズル
３０ シリコン塗布装置
３１ 離型剤塗布装置

Claims (3)

1. モールドに溶湯を鋳込んでアノードを鋳造するアノード鋳造装置において、
   アノードを鋳造するためのモールドが円周方向に沿って複数配置された回転可能な回転テーブルと、
   溶湯が鋳込まれたモールドが前記回転テーブルの回転によって所定の位置まで移動する間に複数の冷却水散布ノズルから冷却水を散布して一次冷却する第一の冷却手段を備えた一次水冷部であって、溶湯が鋳込まれた前記モールドに当該一次水冷部を通過する間の前半においては上部側からは冷却水を散布しないようにした一次水冷部と、
   前記第一の冷却手段によって冷却されて固化したアノードを剥ぎ取ったあとのモールドの温度を測定する温度測定手段と、
   前記第一の冷却手段とは別に設けられ、前記温度測定手段によって温度が測定されたアノードが剥ぎ取られた後のモールドに下部側冷却水散布ノズル及び側部側冷却水散布ノズルから冷却水を散布して二次冷却する第二の冷却手段を備えた二次水冷部であって、前記下部側冷却水散布ノズル及び前記側部側冷却水散布ノズルから前記モールドの下部側及び／又は側部側に冷却水を散水し、上部からの冷却水の散水は行わないようにした二次水冷部と、そして、
   前記温度測定手段により測定したモールドの温度に基づいて温度測定が行われた前記モールドが前記回転テーブルの回転によって溶湯が鋳込まれる位置に達した際に当該モールドの温度が少なくとも１６０℃以下となるように冷却するために必要な冷却条件を特定し、その条件に従って前記二次水冷部の前記第二の冷却手段の時間当たりの散布量及び散布時間を制御する温度管理手段と、
   を備えて構成されたことを特徴とするアノード鋳造装置。
2. 請求項１に記載のアノード鋳造装置において、
   前記モールドの裏側面を波型に形成し又は冷却フィンを設けることにより表面積を増やして冷却効果を高めるようにされていることを特徴とするアノード鋳造装置。
3. 回転可能な回転テーブル上に円周方向に沿って配置された複数のモールドに溶湯を鋳込んでアノードを鋳造するアノード鋳造方法において、
   溶湯が鋳込まれたモールドが前記回転テーブルの回転によって所定の位置まで移動する間に複数の冷却水散布ノズルから冷却水を散布して一次冷却する第一の冷却手段を備えた一次水冷部を通過する間の前半においては上部側からは冷却水を散布しないようにして溶湯が鋳込まれた前記モールドを一次冷却する第一次冷却工程と、
   前記第一次冷却工程によって冷却されて固化したアノードを剥ぎ取ったあとのモールドの温度を温度測定手段によって測定する温度測定工程と、
   前記温度測定工程において測定したモールドの温度に基づいて温度測定が行われた前記モールドが前記回転テーブルの回転によって溶湯が鋳込まれる位置に達した際に当該モールドの温度が少なくとも１６０℃以下となるように冷却するために必要な冷却条件を特定する温度管理工程と、そして、
   前記第一の冷却手段とは別に設けられ、前記温度測定手段によって温度が測定されたモールドに下部側冷却水散布ノズル及び側部側冷却水散布ノズルから冷却水を散布して二次冷却する第二の冷却手段を備えた二次水冷部において前記温度管理工程で特定した条件に従ってアノードが剥ぎ取られた後のモールドの下部側及び／又は側部側に前記下部側冷却水散布ノズル及び前記側部側冷却水散布ノズルから冷却水を時間当たりの散布量及び散布時間を制御しつつ散布し、上部からの散水は行わないようにして前記モールドを二次冷却する第二次冷却工程と、
   を備えて構成されたことを特徴とするアノード鋳造方法。

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