JP5729421B2 - ライニング構造 - Google Patents

Description

本発明は、高温高圧下にて浸出するための反応容器に薬剤を添加するために用いられる薬剤添加用挿入管の金属母材に設けられたライニング部材の高温高圧下での熱膨張差による破損対策に有効なライニング構造に関するものである。

従来から、特許文献１に開示されているように、高圧又は高温の流体の漏出を防止するためや、腐食、摩耗又は汚染等から保護するために、管内にライニング部材を設ける技術がある。

このような技術を踏まえて、図３に示すように、例えば、高圧硫酸浸出法を用いたニッケル湿式製錬方法においてオートクレーブ１０２に酸性の薬剤を添加するために用いられる薬剤添加用挿入管１０３には、母材部材１１０にライニング部材１２０が設けられ、ライニング部材１２０によって金属ライニングが施されている。

図４に示すように、母材部材１１０は、例えば、筒状の管部１１１と、管部１１１の一端部に外側に張り出したフランジ部１１２とを有し、Ｔｉ（チタン）等の金属母材で形成されている。ライニング部材１２０は、例えば、母材部材１１０の管部１１１の内面１１１ａに設けられた筒状の管部ライニング部１２１と、母材部材１１０のフランジ部１１２上に設けられた円板状のフランジライニング部１２２とを有し、Ｔａ（タンタル）等のライニング材で形成されている。

フランジライニング部１２２は、平板の母材部材１１０のフランジ部１１２にライニング材が爆発圧接されると共に、管部ライニング部１２１に溶接によって接合されている。そして、このような従来の薬剤添加用挿入管１０３は、管部ライニング部１２１とフランジライニング部１２２とがほぼ直交して接合される構造となっているのが一般的である。

ところが、オートクレーブ１０２の稼動時には所定の高温高圧状態であるが、定期点検や補修時等には気温や大気圧まで低下して常温常圧状態となるので、通常熱膨張率の違いを持つ母材部材１１０とライニング部材１２０との間には、熱膨張差が発生する。しかも、フランジライニング部１２２が母材部材１１０のフランジ部１１２に爆発圧接されると共に、管部ライニング部１２１に溶接によって接合され、管部ライニング部１２１とフランジライニング部１２２とがほぼ直交して接合される構造となっているので、熱膨張差による応力がフランジライニング部１２２に集中する構造となっている。

なお、金属母材がＴｉ（チタン）であれば、その熱膨張率は、およそ８〜９μｍ・ｍ^−１・Ｋ^−１であって、ライニング材がＴａ（タンタル）であれば、その熱膨張率は、およそ６〜７μｍ・ｍ^−１・Ｋ^−１であり、ライニング部材１２０の方が母材部材１１０よりもその熱膨張率が３割程度小さい。

従って、薬剤添加用挿入管１０３が高温高圧下で熱膨張した際には、フランジ部１１２において、熱膨張係数の小さなライニング部材１２０が伸びを吸収しきれずに、ライニング部材１２０に割れが発生することで、薬剤添加用挿入管１０３の母材部材１１０及びオートクレーブ１０２のノズル部が損傷する虞がある。

これを放置して、オートクレーブ１０２の内部と外部とが連通する程に損傷が進行してしまうと、その結果、オートクレーブ１０２からの高圧蒸気や薬剤が噴出し、重大な危険を有するだけでなく、操業の停止、各種部材の交換及び補修作業が必要となるために、生産効率が大幅に低下してしまうことになる。

特開２００８−１２８２５５号公報

本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、熱膨張差による応力集中を緩和して、ライニング部材の破損を防止することが可能なライニング構造を提供することを目的とする。

本発明に係るライニング構造は、高温高圧下にて浸出するための反応容器に薬剤を添加するために用いられる挿入管の母材に設けられたライニング部材のライニング構造であって、前記母材は、管部とフランジ部とを有し、前記ライニング部材は、前記母材に該母材とは異なる材料で設けられており、前記管部に設けられた管部ライニング部と、前記フランジ部に設けられたフランジライニング部とを有し、前記フランジ部は、面取部が形成され、前記管部ライニング部は、前記フランジライニング部の平坦面と同じ高さまで突出され、前記フランジライニング部は、前記面取部上に前記母材側に向けて凸設され、該面取部の傾斜面から突出した前記管部ライニング部の突出部と溶接される曲面部を有する。

更に、前記面取部の広さ範囲は、前記フランジ部の前記管部の内面と接する部分から、フランジ部の幅をＷとしたときに、１／４Ｗ〜１／２Ｗの範囲であって、前記面取部の深さ範囲は、前記フランジ部の厚みをＤとしたときに、１／３Ｄ〜１／２Ｄの範囲であるようにしても良い。

更に、前記反応容器は、酸性の薬剤が添加されることで、ニッケル酸化鉱スラリーから、少なくともニッケルを浸出する容器として好適に用いることが出来る。

本発明では、母材のフランジ部に面取部を設けてフランジ部の角部の面取り幅を広げ、ライニング部材の管部ライニング部がライニング部材のフランジライニング部の平坦な上面と同じ高さまで突出され、更に、ライニング部材のフランジライニング部に曲げ加工を施したことにより、挿入管が高温高圧下で熱膨張しても、ライニング部材が伸びに追従することが出来、高温高圧下での反応においても熱膨張差を吸収することが出来、ライニング部材の破損を防止することが出来る。従って、本発明によれば、高圧蒸気や薬剤の噴出リスク、ライニング部材の破損に伴う薬剤添加用挿入管の交換作業や補修作業による生産設備停止損失等のリスクを抑制することが出来る。更に、本発明によれば、爆発圧接を必要としないので、製作作業工程の簡素化を図ることが出来る。

薬剤添加用挿入管を示した断面図である。 本発明を適用したライニング構造を示した断面図である。 従来の薬剤添加用挿入管を示した断面図である。 従来のライニング構造を示した断面図である。

以下、本発明に係るライニング構造について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。更に、以下の順に説明を行う。

１．ライニング構造の全体構成の説明
２．ライニング構造の効果の説明
３．ライニング構造の変形例の説明

［１．ライニング構造の全体構成の説明］
本発明に係るライニング構造１は、例えば、図１に示すように、高圧硫酸浸出法を用いたニッケル湿式製錬方法等における、高温高圧下にてニッケル酸化鉱スラリーからニッケルやコバルトを浸出するための反応容器２、例えばオートクレーブに、酸性の薬剤を添加するために用いられる薬剤添加用挿入管３の母材部材１０に設けられてライニングとなるライニング部材２０に割れが発生することを防止するものである。

具体的に、図２に示すように、薬剤添加用挿入管３は、母材部材１０と、母材部材１０に設けられ、ライニングとなるライニング部材２０とを有している。

母材部材１０は、筒状の管部１１と、管部１１の一端部に外側に張り出したフランジ部１２とを有し、例えば、Ｔｉ（チタン）等の金属母材で形成されている。フランジ部１２は、平面状をなし、内側（管部１１側）の角部に内側（管部１１側）に向かうに連れて次第に薄肉となるように傾斜状に設けられた面取部１３が形成されている。すなわち、フランジ部１２は、平坦な平坦部１２ａと面取部１３とを有している。

ライニング部材２０は、母材部材１０の管部１１の内面１１ａに設けられた筒状の管部ライニング部２１と、母材部材１０のフランジ部１２上に設けられた円板状のフランジライニング部２２とを有し、例えば、Ｔａ（タンタル）等のライニング材で形成されている。更に、管部ライニング部２１とフランジライニング部２２とは、ライニング構造１を介して一体化されている。

具体的に、管部ライニング部２１は、一端部２１ａがフランジライニング部２２の平坦な上面２２ａと略同じ高さとなるように設けられている。また、フランジライニング部２２は、フランジ部１２の上面に沿うように設けられている。具体的に、フランジライニング部２２は、フランジ部１２の平坦部１２ａに沿うように設けられた平坦部２３と、平坦部２３の内側（管部ライニング部２１側）にフランジ部１２側（下側）に向けて湾曲して凸設されたＵ字状又はＶ字状の曲面部２４とを有している。更に、曲面部２４は、面取部１３に沿うように設けられた第一曲面部２４ａと、管部ライニング部２１の一端側の面取部１３の傾斜面１３ａから突出した突出部２１ｂと面取部１３との間に亘って配置される第二曲面部２４ｂとを有している。第二曲面部２４ｂは、内側（管部ライニング部２１側）の端部が管部ライニング部２１の一端部２１ａ又は突出部２１ｂに溶接され、管部ライニング部２１と一体に設けられている。

以上のようなライニング構造１によって、管部ライニング部２１とフランジライニング部２２とは、一体に設けられている。更に、ライニング構造１によって管部ライニング部２１とフランジライニング部２２とが一体に設けられると共に曲げ加工が施されたライニング部材２０は、従来のように爆発圧接ではなく、溶接等によって母材部材１０に設置されている。

次に、図１及び図２に示すような、本発明に係るライニング構造１を有する薬剤添加用挿入管３と、図３及び図４に示すような、ライニング部材１２０のフランジライニング部１２２が母材部材１１０のフランジ部１１２に爆発圧接されると共に管部ライニング部１２１に溶接によって接合され、管部ライニング部１２１とフランジライニング部１２２とがほぼ直交して接合される構造を有する従来のライニング構造を有する薬剤添加用挿入管１００とを、それぞれ半年毎にライニング部材の割れの有無を観察した。

すると、従来のライニング構造を有する薬剤添加用挿入管１００のライニング部材１２０では、半年毎の定期点検時に、必ず微細な割れが発見され、その度に交換が必要であった。これに対して、本発明に係るライニング構造１を有する薬剤添加用挿入管３のライニング部材２０は、採用後３年間割れが発生しなかった。

［２．ライニング構造の効果の説明］
以上のように、ライニング構造１は、フランジ部１２に面取部１３が形成され、管部ライニング部２１がフランジライニング部２２の平坦な上面２２ａと同じ高さまで突出され、更に、フランジライニング部２２が、面取部１３上に母材部材１０側に向けて凸設され、管部ライニング部２１の突出部２１ｂと溶接される曲面部２４を有することにより、薬剤添加用挿入管３が高温高圧下で熱膨張しても、熱膨張係数の小さなライニング部材２０が伸びに追従することが出来、高温高圧下での反応においても熱膨張差を吸収することが出来る。更に、ライニング構造１は、母材部材１０の金属母材に比べて膨張率の小さいライニング材で形成されたライニング部材２０が高温高圧と常温常圧とを繰返す環境で使用されても、ライニング部材２０に割れが発生するほどの応力集中が起こることを防止することが出来る。

従って、ライニング構造１は、従来よりも、ライニング部材２０の割れが発生することを防止することが出来る。よって、ライニング構造１は、高圧蒸気や薬剤の噴出リスク、ライニング部材２０の割れ発生に伴う薬剤添加用挿入管の交換作業や補修作業による生産設備停止損失等のリスクを抑制することが出来る。

更に、ライニング構造１は、母材部材１０のフランジ部１２において、従来のように、爆発圧接を必要としないので、従来よりも、製作作業工程の簡素化を図ることが出来る。

［３．ライニング構造の変形例の説明］
なお、母材部材１０の面取部１３は、図２に示すように、広さ範囲ｗを、フランジ部１２の管部１１の内面と接する部分から、フランジ部１２の幅をＷとしたときに、１／４Ｗ〜１／２Ｗの範囲で設けるようにしても良い。広さ範囲が１／２Ｗ以下であると、加工時や設置時に母材部材１０の強度を充分確保することが出来、広さ範囲が１／４Ｗ以上であると、応力の緩和が充分確保出来る程度、曲面部２４を大きく設けることが出来る。

更に、母材部材１０の面取部１３は、図２に示すように、深さ範囲ｄを、フランジ部１２の厚みをＤとしたときに、１／３Ｄ〜１／２Ｄの範囲で設けるようにしても良い。なお、深さ範囲が１／２Ｄ以下であると、加工時や設置時に母材部材１０の強度を充分確保することが出来、深さ範囲が１／３Ｄ以上であると、応力の緩和が充分確保出来る程度、曲面部２４を大きく設けることが出来る。

更に、反応容器２は、ニッケル酸化鉱スラリーからニッケルを浸出するものに限定されるものではなく、その他のスラリーからその他の金属を浸出するようなものでも良い。更に、薬剤添加用挿入管３は、酸性の薬剤を反応容器に添加するものに限定されるものではなく、その他の薬剤を反応容器に添加するようなものでも良い。

１ ライニング構造、２ 反応容器、３ 薬剤添加用挿入管、１０ 母材部材、１１ 管部、１１ａ 内面、１２ フランジ部、１２ａ 平坦部、１３ 面取部、１３ａ 傾斜面、２０ ライニング部材、２１ 管部ライニング部、２１ａ 一端部、２１ｂ 突出部、２２ フランジライニング部、２２ａ 上面、２３ 平坦部、２４ 曲面部、１０２ オートクレーブ、１０３ 薬剤添加用挿入管、１１０ 母材部材、１１１ 管部、１１１ａ 内面、１１２ フランジ部、１２０ ライニング部材、１２１ 管部ライニング部、１２２ フランジライニング部

Claims (3)

1. 高温高圧下にて浸出するための反応容器に薬剤を添加するために用いられる挿入管の母材に設けられたライニング部材のライニング構造であって、
   前記母材は、管部とフランジ部とを有し、
   前記ライニング部材は、前記母材に該母材とは異なる材料で設けられており、前記管部に設けられた管部ライニング部と、前記フランジ部に設けられたフランジライニング部とを有し、
   前記フランジ部は、面取部が形成され、
   前記管部ライニング部は、前記フランジライニング部の平坦面と同じ高さまで突出され、
   前記フランジライニング部は、前記面取部上に前記母材側に向けて凸設され、該面取部の傾斜面から突出した前記管部ライニング部の突出部と溶接される曲面部を有することを特徴とするライニング構造。
2. 前記面取部の広さ範囲は、前記フランジ部の前記管部の内面と接する部分から、フランジ部の幅をＷとしたときに、１／４Ｗ〜１／２Ｗの範囲であって、前記面取部の深さ範囲は、前記フランジ部の厚みをＤとしたときに、１／３Ｄ〜１／２Ｄの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のライニング構造。
3. 前記反応容器は、酸性の薬剤が添加されることで、ニッケル酸化鉱スラリーから、少なくともニッケルを浸出することを特徴とする請求項１又は２に記載のライニング構造。

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