JP6135306B2 - 銅精製炉の排煙設備 - Google Patents

Description

本発明は、銅精製炉の排煙設備に関する。

銅の乾式製錬においては、自溶炉などで銅精鉱中の銅を硫化銅、硫化鉄からなるマットとして分離し、転炉でマット中の硫黄や鉄を除去して粗銅とし、精製炉で粗銅中に残存する微量の酸素や硫黄などを除去した後に銅アノードを鋳造し、銅アノードを用いて電解精製することで電気銅を得る。
精製炉においては、還元剤として炭化水素などを装入するために、排気ガスには一酸化炭素や二酸化炭素などが含まれる。そのため、排気ガスは漏洩しないように回収し処理する必要がある。

一般に、銅精製炉の炉体の一端には排煙道が接続されており、排煙道には排煙設備が接続される（例えば、特許文献１）。このような従来技術の一例は、図５に示すように、精製炉の炉体１０の一端には排煙道201が設けられ、ダストチャンバー３０の側壁にも排煙道202が設けられ、それら２つの排煙道201、202は互いの開口端を突き合わせて配置されている。また、炉体１０は傾転することから、その傾転を許容するために２つの排煙道201、202の間には隙間が設けられており、この隙間には環状のシール金具300が取り付けられ内蔵された石綿などのシール材でシールするように構成されている。

ところで、炉体１０は熱膨張により、主に中心軸方向（図５における左右方向）に膨張する。すなわち、炉体１０の熱膨張により、炉体１０側の排煙道201がダストチャンバー３０側の排煙道202に近づく。したがって、炉体１０の熱膨張を許容するために排煙道201、202の間には十分な隙間が必要である。このような構造であるので、シール金具300で高いシール性を維持することは技術的に困難であり、シール部分から排気ガスが漏洩する恐れがある。

また、シール金具300は高温の排気ガスが直接触れるため、熱損傷や変形が起こりやすく、シール機能が低下しやすいため頻繁に交換する必要がある。シール金具300の交換作業には手間と時間がかかり、作業負担の大きい暑熱作業であり、また操業の停止を伴うことから生産性に悪影響を及ぼす。

特開平７−４９１８０号公報

本発明は上記事情に鑑み、排気ガスの漏洩を防止できる銅精製炉の排煙設備を提供することを目的とする。

第１発明の銅精製炉の排煙設備は、略円筒形であり中心軸周りに傾転可能な炉体を備える銅精製炉の排煙設備であって、前記炉体の一端に設けられた筒状の排煙道と、前記排煙道を介して前記炉体内で生じた排気ガスが流入するダストチャンバーと、前記ダストチャンバーに形成された吸引口から排気ガスを吸引する吸引手段と、を備え、前記排煙道は、前記炉体の中心軸よりも上部に偏心して設けられており、前記排煙道には、その外周にフランジ状のシール円盤が設けられており、前記ダストチャンバーの前記炉体に対向する側壁には開口部が形成されており、前記開口部には円筒形のシールカバーが接続されており、前記シール円盤の中心と前記シールカバーの中心がともに前記炉体の回転軸上に位置しており、前記シール円盤は、前記シールカバーに挿入され、該シールカバーの内周面と該シール円盤の外周面との間に、排気ガスの漏洩を防止できる大きさの隙間を有するように配置されており、前記シールカバーの軸方向の寸法は、前記炉体の熱膨張による前記シール円盤の移動距離より長いことを特徴とする。
第２発明の銅精製炉の排煙設備は、第１発明において、前記排煙道は、前記開口部から前記ダストチャンバーの内部に挿入されていることを特徴とする。
第３発明の銅精製炉の排煙設備は、第１または第２発明において、前記ダストチャンバーには冷却手段が設けられていることを特徴とする。

第１発明によれば、シール円盤が円筒形のシールカバーに挿入されているので、炉体の熱膨張によりシール円盤がダストチャンバー側に移動しても、シール円盤がシールカバーの内部で軸方向に移動するだけでシール部分の隙間は変化しないため、シール部分の隙間を狭く設定できる。また、シール円盤により排煙道とダストチャンバーの側壁とが隔てられて、排煙道の熱がダストチャンバーに伝わりにくいので、ダストチャンバーの熱変形を抑制でき、シール性を長く維持できる。そのため、排気ガスの漏洩を防止できる。さらに、排煙道が炉体の上部に偏心して設けられているので、炉体内の液面を高くできることから、炉体の容量を多くすることができ、銅精製炉の処理能力を高くできる。
第２発明によれば、排煙道の開口端がダストチャンバーの吸引口に近いので、排気ガスの吸引効率が向上する。そのため、より確実に排気ガスの漏洩を防止できる。
第３発明によれば、冷却手段が設けられているので、排煙道の開口端がダストチャンバーの内部に配置されることによる側壁の温度上昇を抑えて、ダストチャンバーを保護できる。また、ダストチャンバーを冷却することにより、ダストチャンバーの変形を抑制でき、シール性を長く維持できる。さらに、排気ガスの温度が低下することに伴いガスの体積が減少することから、ガス吸引効率が向上し、粗塵沈降性も向上する。

（Ａ）図は本発明の第１実施形態に係る排煙設備の縦断面図であり、（Ｂ）図は（Ａ）図におけるb-b線矢視断面図である。 同排煙設備および銅精製炉の正面図である。 （Ａ）図は本発明の第２実施形態に係る排煙設備の縦断面図であり、（Ｂ）図は（Ａ）図におけるb-b線矢視断面図である。 本発明の第３実施形態に係る排煙設備の縦断面図である。 従来の排煙設備の縦断面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、銅精製炉の構成について説明する。
図２に示すように、銅精製炉１は、水平に設置された細長い略円筒形の炉体１０を備えている。炉体１０には、装入口１１、出湯口１２、および羽口１３が設けられている。また、炉体１０の一端にはバーナー口１４が設けられており、他端には排煙口１５が設けられている。バーナー口１４にはバーナー１６が取り付けられている。

炉体１０は、長手方向の両端部外周に転輪１７が設けられ、ローラ１８により支承されている。図示しない駆動装置によりローラ１８を回転駆動することで、炉体１０は水平な中心軸周りに傾転可能となっている。

銅精製炉１の操業は以下のように行われる。
まず、炉体１０を装入口１１が上部となる姿勢とし、装入口１１から粗銅を挿入する。つぎに、バーナー１６で炉体１０内の粗銅を加熱しつつ、羽口１３から天然ガスなどを吹き込んで精製処理を行う。この際、排煙口１５からは炉体１０内で生じた排気ガスが排出される。精製処理が完了した後に炉体１０を徐々に傾転することで出湯口１２から粗銅を出湯する。

（第１実施形態）
つぎに、本発明の第１実施形態に係る排煙設備２を説明する。
図２に示すように、炉体１０の排煙口１５には筒状の排煙道２０が接続されている。排煙道２０は炉体１０の回転軸（中心軸）と略同軸となるように水平に設けられている。また、排煙道２０は炉体１０に固定されており、炉体１０とともに傾転する。

排煙道２０の他端にはダストチャンバー３０が接続されている。そのため、ダストチャンバー３０には排煙道２０を介して炉体１０内で生じた排気ガスが流入する。ここで、ダストチャンバー３０は、所定の容積を有する空間において排気ガスの流速を落とし、主として粗塵を重力沈降により除去する装置である。なお、炉体１０内で生じた排気ガスには銅の飛沫が含まれている。この銅の飛沫がダストチャンバー３０で回収される。

炉体１０内において排気ガスの温度は約1,200℃である。高温の排気ガスによる変形や損傷を抑制するために、ダストチャンバー３０の側壁３０ａおよび上面には水冷ジャケット３１が設けられている。なお、水冷ジャケット３１が、特許請求の範囲に記載の「冷却手段」に相当する。

ダストチャンバー３０の上面には吸引口３２が形成されており、吸引口３２には煙道３３が接続されている。煙道３３には吸引手段４０が設けられており、ダストチャンバー３０内の排気ガスが吸引され、ダストチャンバー３０内が負圧に保たれている。

図１に基づき排煙設備２の詳細を説明する。
同図に示すように、排煙道２０には、その外周にフランジ状のシール円盤２１が設けられている。一方、ダストチャンバー３０の炉体１０に対向する側壁には円形の開口部３４が形成されている。開口部３４には、ダストチャンバー３０の外側に円筒形のシールカバー３５が接続されている。シールカバー３５は中心軸方向（図１における左右方向）の寸法が短い円筒形であり、長尺の板材を環状に曲げて形成されたものである。

排煙道２０はその一部が開口部３４からダストチャンバー３０の内部に挿入されている。シール円盤２１は排煙道２０の外周の中間部分に設けられている。シール円盤２１の直径はシールカバー３５の内径よりも若干小さく形成されており、シール円盤２１はシールカバー３５に挿入され、シールカバー３５の内周面とシール円盤２１の外周面との間に所定の隙間を有するように配置されている。また、シール円盤２１の中心とシールカバー３５の中心は、ともに炉体１０の回転軸上に位置しており、炉体１０が傾転してもシール円盤２１とシールカバー３５との位置関係が同心に維持されるよう構成されている。

シール円盤２１やシールカバー３５の寸法は特に限定されないが、例えば、シール円盤２１の直径は１〜３ｍであり、シールカバー３５の内周面とシール円盤２１の外周面との隙間は約１ｃｍに設定される。

以上のように、シールカバー３５とシール円盤２１とは隙間を開けて配置されているので、固定されたダストチャンバー３０に対して、炉体１０が自由に傾転可能である。

ところで、炉体１０は熱膨張により、主に中心軸方向（図１における左右方向）に膨張する。そのため、炉体１０の熱膨張により、シール円盤２１はダストチャンバー３０側に移動する。しかし、シール円盤２１は円筒形のシールカバー３５に挿入されているだけであるので、炉体１０が熱膨張してもシール円盤２１がシールカバー３５の内部で軸方向に移動するだけであり、シール部分の隙間（シールカバー３５とシール円盤２１との隙間）は変化しない。そのため、シール部分の隙間を狭く設定でき、シール部分の隙間からの排気ガスの漏洩を防止できる。

なお、シールカバー３５の軸方向の寸法は、炉体１０の熱膨張によるシール円盤２１の移動距離より長く設定されており、炉体１０の熱膨張によらずシール円盤２１がシールカバー３５に挿入された状態に維持されるように構成されている。

排煙道２０は、高温の排気ガスが通り炉体１０の熱も伝わるので、温度が高くなる。しかし、シール円盤２１により排煙道２０とダストチャンバー３０の側壁とが隔てられているので、排煙道２０の熱がダストチャンバー３０に伝わりにくい。そのため、ダストチャンバー２０の熱変形を抑制でき、シール性を長く維持できる。

排煙道２０は、開口部３４からダストチャンバー３０の内部に挿入されているため、その開口端２２が吸引口３２の近傍に配置される。このように、開口端２２が吸引口３２に近いので、排煙道２０を通ってきた排気ガスが吸引されやすく、炉体１０側の排気ガスの吸引効率が向上する。そのため、より確実に排気ガスの漏洩をより防止できる。

排煙道２０の開口端２２がダストチャンバー３０の内部に配置されることにより、開口端２２と、それに対向するダストチャンバー３０の側壁３０ａとの距離も短くなる。そうすると、排煙道２０を通ってきた高温の排気ガスがダストチャンバー３０の側壁３０ａに当たり、側壁３０ａの温度上昇が大きくなる。しかし、本実施形態では、ダストチャンバー３０に水冷ジャケット３１が設けられているので、側壁３０ａの温度上昇を抑えて、ダストチャンバー３０を保護できる。また、水冷ジャケット３１でダストチャンバー３０を冷却することにより、ダストチャンバー３０の変形を抑制でき、シール円盤２１とシールカバー３５との位置関係が維持できるので、シール性を長く維持できる。

さらに、水冷ジャケット３１により排気ガスの温度が低下することに伴いガスの体積が減少することから、ガス吸引効率が向上し、粗塵沈降性も向上する。

本実施形態の排煙設備２は、石綿などのシール材を用いないので、交換作業が発生しない。そのため、作業負担の大きい暑熱作業がなくなり、操業の停止も不要であるので生産性に悪影響を及ぼすこともない。

（第２実施形態）
図３に示すように、排煙道２０は炉体１０の回転軸から偏心して設けられてもよい。排煙道２０が偏心していても、シール円盤２１の中心Ｏとシールカバー３５の中心Ｏがともに炉体１０の回転軸上に位置していれば、ダストチャンバー３０に対して炉体１０が自由に傾転可能であり、炉体１０の熱膨張も許容できる。本実施形態のように、排煙道２０を炉体１０の上部に偏心して設けることにより、排煙口１５を炉体１０の上部に配置でき炉体１０内の液面を高くできることから、炉体１０の容量を多くすることができる。その結果、銅精製炉１の処理能力を高くできる。

なお、排煙道２０は、水平に限られず、その全部または一部が傾斜して設けられてもよい。

（第３実施形態）
図４に示すように、シール円盤２１は、排煙道２０の先端外周に設けられてもよい。特許請求の範囲に記載の「外周」には、排煙道２０の外周の中間部分に限られず、先端部分も含まれる概念である。

銅精製炉の操業において、上記第１実施形態に係る排煙設備２を採用した場合（実施例１）と、従来のシール金具を用いた排煙設備（図５参照）を採用した場合（比較例１）とで、排煙設備周囲の一酸化炭素の濃度、二酸化炭素の濃度、および排気ガスの温度を測定した。実施例１および比較例１において、ダストチャンバー３０のガス吸引量は同一とした。

図１に示すように、実施例１において濃度計ｄおよび温度計ｔは、煙道３３の近傍に設けられている。濃度計ｄは煙道３３の外部であってシール円盤２１の上方の空間における一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を測定する。温度計ｔは煙道３３の内部の排気ガスの温度を測定する。

図５に示すように、比較例１においても濃度計ｄおよび温度計ｔは、煙道３３の近傍に設けられている。濃度計ｄは煙道３３の外部であってシール金具300の上方の空間における一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を測定する。温度計ｔは煙道３３の内部の排気ガスの温度を測定する。

実施例１および比較例１における測定結果を表１に示す。
実施例１は比較例１に比べて、一酸化炭素および二酸化炭素の濃度が低く、排気ガスの温度が低いことが分かる。これより、本実施形態に係る排煙設備は、排気ガスの漏洩を防止できることが確認された。

１ 銅精製炉
２ 排煙設備
１０ 炉体
２０ 排煙道
２１ シール円盤
３０ ダストチャンバー
３１ 水冷ジャケット
３２ 吸引口
３３ 煙道
３４ 開口部
３５ シールカバー
４０ 吸引手段

Claims (3)

1. 略円筒形であり中心軸周りに傾転可能な炉体を備える銅精製炉の排煙設備であって、
   前記炉体の一端に設けられた筒状の排煙道と、
   前記排煙道を介して前記炉体内で生じた排気ガスが流入するダストチャンバーと、
   前記ダストチャンバーに形成された吸引口から排気ガスを吸引する吸引手段と、を備え、
   前記排煙道は、前記炉体の中心軸よりも上部に偏心して設けられており、
   前記排煙道には、その外周にフランジ状のシール円盤が設けられており、
   前記ダストチャンバーの前記炉体に対向する側壁には開口部が形成されており、
   前記開口部には円筒形のシールカバーが接続されており、
   前記シール円盤の中心と前記シールカバーの中心がともに前記炉体の回転軸上に位置しており、
   前記シール円盤は、前記シールカバーに挿入され、該シールカバーの内周面と該シール円盤の外周面との間に、排気ガスの漏洩を防止できる大きさの隙間を有するように配置されており、
   前記シールカバーの軸方向の寸法は、前記炉体の熱膨張による前記シール円盤の移動距離より長い
   ことを特徴とする銅精製炉の排煙設備。
2. 前記排煙道は、前記開口部から前記ダストチャンバーの内部に挿入されている
   ことを特徴とする請求項１記載の銅精製炉の排煙設備。
3. 前記ダストチャンバーには冷却手段が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の銅精製炉の排煙設備。