JP6183753B2 - フェロニッケル製錬用スラグ樋 - Google Patents

Description

本発明は、フェロニッケル製錬の電気炉で使用するスラグ樋に関するものである。

フェロニッケルの乾式製錬法における代表的な製造プロセスであるエルケム法では、原料としてのニッケル鉱石を電気炉に供給して熔融還元し、目的金属であるＮｉ及びＦｅをＦｅ−Ｎｉ合金である粗フェロニッケル（メタルとも称する）として回収すると共に、それ以外のＭｇＯやＳｉＯ_２等の成分を融点１５００℃以上のＭｇＯ−ＳｉＯ_２−ＦｅＯ系スラグとして抜き出している。

このようなエルケム法による乾式製錬法で処理されるニッケル鉱石の代表的な組成は、Ｎｉ品位２％程度、Ｆｅ品位２２％程度、ＭｇＯ品位１６％程度、ＳｉＯ_２品位３５％程度である。このように、目的金属であるＮｉ品位が２％程度であるのに対してＳｉＯ_２とＭｇＯの合計は５０％以上を占めているため、エルケム法によるフェロニッケル製錬の特徴としては、粗フェロニッケルに対して約８倍の量のスラグが熔融状態で大量に抜き出されることが挙げられる。

かかる熔融スラグは比重が２〜３程度であり比重７〜８程度のメタルに比べて軽いので、電気炉内において上層部を形成する。そのため、電気炉の銅製の炉壁には、該上層部のうちの下側に対応する位置にスラグ排出口（出滓口とも称する）が設けられており、熔融スラグはこの出滓口からバッチ的に抜き出される。

この熔融スラグの抜出し操作について説明すると、該出滓口を埋めている凝固状態のスラグを出滓口の外側から削岩機で掘り進めた後、電気炉内の最も内側で凝固状態にあるスラグ部分を酸素ランスで局所的に熔解して出滓口を閉塞しているスラグを貫通させることで熔融スラグを炉外に排出させる。この時、通常は約２００ｔ／ｈ以上の流量（出湯量とも称する）で熔融スラグの排出が行われる。所定量の熔融スラグを抜出した後、水冷配管が設けられた金属製の棒を出滓口に押し込んで出滓口近傍の熔融スラグを凝固させることで出滓口を閉塞させる。このように、出滓口の貫通と出滓口の閉塞とを繰り返すことで熔融スラグの排出が行われる。

出滓口から排出された熔融スラグは次工程のスラグ水砕設備に送られ、ここで水砕処理が行われる。このスラグ水砕設備と電気炉の出滓口との間は傾斜した樋状のいわゆるスラグ樋によって接続されており、出滓口を出た１５００℃〜１６５０℃程度の熔融スラグが熔体のままこのスラグ樋の流路を流れてスラグ水砕設備に送られる。従って、スラグ樋においてスラグと接触する部分は耐火構造にする必要がある。

例えば特許文献１には、熔融スラグを流すためのスラグ樋として、冷却水を流通させる流路を備えた銅ブロックを樋状に組み立ててその銅ブロックに直接熔体を接触させるスラグ樋構造が開示されている。また、特許文献２には、熔融マットを流すための冷却樋として、冷却水用の流路を備えた銅ブロックを樋状に組み立て、その内側に角型のカーボンブロックを内張りした樋構造が開示されている。

特開平１１−１８９８３１号公報 特開平１１−１８９８３０号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、スラグ樋に流される流体が熔体温度１３００℃程度の銅スラグであるため、熔体温度１６００℃程度のフェロニッケル製錬のスラグ樋に応用した場合、熔体に直接接触する部分において熱により熔損が生じるおそれがあり、フェロニッケル製錬に適用するのは困難である。また、上記特許文献２の技術は、樋を流れる熔融マットの温度が１２００℃程度であるため、この場合もフェロニッケル製錬のスラグ樋に応用すると熱により損傷するおそれがある。

更に、特許文献２の熔融マットは出湯量が１００ｔ／ｈ以下であるため、前述したように出湯量が２００ｔ／ｈ以上のスラグ樋に応用すると出湯量が上振れした際に樋からスラグが溢れるおそれがある。また、特許文献２の樋構造は、流れ方向に垂直な断面でのスラグとの接触面の形状が角型であるため、側壁部分のカーボン樋の損耗速度が高くなりやすいうえ、隅部に付着したスラグの剥離性が問題になることがある。

すなわち、スラグ樋においてスラグに接する面は、凝固したスラグに対して剥離性に優れていることが要求される。これは、スラグ樋の内側に凝固したスラグが残留したままで次バッチのスラグ排出操作（出滓とも称する）を行うと、スラグの流れが著しく阻害され、場合によってはスラグ樋の外へスラグが溢れるおそれがあるため、出滓作業が終了するたびに凝固したスラグをスラグ樋から剥離、除去する必要があるからである。従って、スラグとの接触部分にＭｇＯ粉とＭｇＯ粒とを混合した不定形耐火物を使用したり、スラグと接する面の耐火物に隅部が存在していた場合、スラグとの剥離性が悪くなってスラグを剥離、除去する度に当該耐火物を施工する必要があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、フェロニッケルの乾式製錬法においてスラグ温度１５００℃以上の高温の熔融スラグを流しても熱による損傷を発生させることがないような、メンテナンスが容易で長寿命のスラグ樋を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明に係るフェロニッケル製錬用電気炉のスラグ樋は、冷却水の流路を備えた銅製の溝状部とその内側に設けられたカーボン製の均等な厚さの内張部とからなり、該内張部において熔融スラグに接する面は、流れ方向に垂直な断面での形状が円弧であり、前記内張部は熔融スラグの流れ方向に延在する両端部に、各々不定形耐火物が堤状に施工されていることを特徴としている。

本発明によれば、スラグ樋にフェロニッケルの乾式製錬法の電気炉から排出されるスラグ温度１５００℃以上の高温の熔融スラグを流しても熱による損傷を発生させることなく使用することができ、よってスラグ樋のメンテナンスが容易になり且つその寿命を長くすることが可能になる。

一般的なフェロニッケル製錬設備の電気炉及びそれに接続するスラグ樋を示す模式的な断面図である。 本発明のスラグ樋の一具体例を示す断面図である。 比較例のスラグ樋を示す断面図である。

以下、本発明のフェロニッケル製錬用電気炉のスラグ樋の一具体例について説明する。図１に示すように、一般的なフェロニッケル製錬設備では電気炉１０の銅製の炉壁に設けられた出滓口１０ａとスラグ水砕設備の水砕ピット２０との間にスラグ樋３０が架け渡されている。このスラグ樋３０は下流側が上流側より下になるように傾斜しており、これにより電気炉１０の出滓口１０ａから抜き出された熔融スラグがスラグ樋３０の流路を経て水砕ピット２０内に流れ落ちるようになっている。

図２に示すように、スラグ樋３０は、銅製の溝状部１と、その内側すなわち熔融スラグの流路側に設けられたカーボン製の内張部２とからなる。溝状部１は内部に冷却水が流れる流路１ａが設けられており、該流路１ａに接続する冷却水用配管３を介して冷却水の供給及び排出が行われる。これにより高温のスラグからの伝熱に対して適度に溝状部１を冷却でき、その結果、空気中の酸素によるカーボン製の内張部２の表面の酸化減耗を抑えることができる。なお、溝状部１は、電気炉１０の出滓口１０ａから水砕ピット２０まで１本の溝状体で構成してもよいし、複数の溝状体で構成してもよい。

内張部２において熔融スラグに接する面２ａの流れ方向に垂直な断面での形状は円弧になっている。このように、内張部２をカーボン製にすると共にその断面形状を隅部のない平滑な円弧状にすることで、熔融スラグに接する面を全面に亘ってスラグとの剥離性に優れたものにすることができる。これにより、出滓操作後にスラグ樋に付着した凝固スラグを剥離する作業が極めて容易になる。なお、カーボン製の内張部２は機械加工により所望の形状に加工することができる。

この内張部２に当接する溝状部１の内側の断面形状も円弧状であるのが好ましく、内張部２において熔融スラグに接する面２ａの断面形状と相似形であるのがより好ましい。相似形にすることにより結果的に内張部２の厚さを均等にすることができ、よって内張部２において熔融スラグに接する面２ａの温度を全面に亘ってほぼ均一にすることが可能になる。その結果、熔融スラグが流れる際に、内張部２の内面を全面に亘って薄く凝固したスラグ層で覆われた状態にすることができ、カーボン製の内張部２の寿命を延ばすことができる。

図２に示すように、内張部２において、熔融スラグの流れ方向に平行に延在する両端部には、各々不定形耐火物からなる堤状部４が設けられているのが好ましい。これにより、内張部２の内側の流路を流れる熔融スラグがオーバーフローするのを抑制することができる。なお、図２の断面では堤状部４が内張部２の内側角部から後述するケーシングの端部にまで至るように設けられているが、少なくとも内張部２の内側角部から外側角部までがカバーされていればこれに限定されるものではない。

上記した不定形耐火物は、例えばマグネシア粉とマグネシア粒との混合物で形成するのが好ましい。マグネシア粉は平均粒径が０.１〜１ｍｍ程度であるのが好ましく、マグネシア粒は平均粒径が２〜５ｍｍ程度であるのが好ましい。このように、マグネシア粉にマグネシア粒を混ぜることで剪断応力に対する強度を高めることができ、不定形耐火物の強度を高めることができる。なお、マグネシア粒の代わりにマグネシア以外の耐火物の粒や針状の金属を混ぜることによっても、同様の効果を得ることができる。

本発明のスラグ樋の一具体例においては、上記した溝状部１と内張部２とからなるスラグ樋３０は、その下方及び側方を覆うように鉄製のケーシング５が離間して設けられており、このケーシング５の底部から立設する鉄製の支持部６によってスラグ樋３０が支持されている。スラグ樋３０を設置する際は、この支持部６の高さを適宜調整することによりスラグ樋３０の傾斜角度を好適な角度にすることができる。

上記したケーシング５とスラグ樋３０の溝状部１との間の隙間には、前述した冷却水用配管３の保護のため、充填材７を充填するのが好ましい。なお、上記隙間に充填材７を充填することで、ケーシング５に対するスラグ樋の支持をより強固にすることも可能になる。この充填材７には、前述したスラグ水砕設備で生成される水砕スラグを用いるのが好ましい。水砕スラグは入手が容易なうえ、熱的及び化学的に安定しており、高温にさらされたり長時間が経過したりしてもほとんど固化することなく粒状のままの状態を保っているからである。すなわち、水砕スラグを充填物として使うことで、不定形耐火物を充填する場合のような再施工の際の不定形耐火物の解体作業等のための作業工数を削減することができ、さらに、充填物の材料費用も抑えることができる。

図２に示すような冷却水の流路１ａを備えた銅製の溝状部１の内側面に、カーボン製の断面Ｕ字形状の均一な厚みを有する内張部２を全面に亘って当接させた実施例のスラグ樋を用意し、これを上部が解放したトラフ状のケーシング５内に、その底部から立設する支持部６の上に載せることで収納した。このスラグ樋の溝状部１の外側とケーシング５との間の隙間に、水砕スラグ、マグネシア粉、及びマグネシア粒を混合した充填材７を充填した。また、スラグ樋の流路方向に沿って延在する両端部の各々に、該流路方向に垂直な断面における内張部２の内側角部からケーシング５の端部にまで至るように、平均粒径１ｍｍのマグネシア粉と平均粒径５ｍｍのマグネシア粒との混合物で形成した不定形耐火物からなる堤状部４を施工した。

溝状部１の流路１ａは内径２８ｍｍとし、これを両側に各々設けた。この流路１ａに冷却水用配管３を接続し、室温の冷却水を通水しながら電気炉から２００ｔ／ｈの出湯量で熔融スラグを流した。なお、冷却水の通水量は、カーボン製の内張部２の表面に接する１５８０℃のスラグがその融点である約１５５０℃以下となって薄いスラグ層を形成するのに必要な量から求め、２００ｔ／ｈで出滓されるスラグに対して０.５ｍ^３／ｍｉｎとした。

比較のため、図３に示すような比較例のスラグ樋を作製して上記と同様の条件で電気炉から２００ｔ／ｈの出湯量で熔融スラグを流した。この図３のスラグ樋は、流路１ａを備えた銅製の溝状部１を用いずにカーボン製の断面Ｕ字状部材１２のみでスラグ樋を形成した以外は図２と同様にして支持部１６に載せることでケーシング１５内に収納し、該Ｕ字状部材１２の外側とケーシング１５との間の隙間に、水砕スラグ、マグネシア粉、及びマグネシア粒を混合した充填材１７を充填し、更に不定形耐火物からなる堤状部１４を施工した。

これら実施例及び比較例のスラグ樋を用いて長期間に亘って出滓操業を行った結果、比較例のスラグ樋では、スラグと接するカーボン製のスラグ樋の内面の酸化減耗により、当該カーボン製のスラグ樋は２０日程度使用した時点で交換が必要になった。一方、実施例のスラグ樋ではスラグと接するカーボン樋の内張部の内面の酸化減耗の程度は、上記した比較例の場合に比べて１／４程度であった。

１ 溝状部
２ 内張部
３ 冷却水用配管
４ 堤状部
５ ケーシング
６ 支持部
７ 充填材
１０ 電気炉
２０ 水砕ピット
３０ スラグ樋

Claims (3)

1. フェロニッケル製錬の電気炉から抜き出される熔融スラグ用のスラグ樋であって、冷却水の流路を備えた銅製の溝状部とその内側に設けられたカーボン製の均等な厚さの内張部とからなり、該内張部において熔融スラグに接する面は、流れ方向に垂直な断面での形状が円弧であり、前記内張部は熔融スラグの流れ方向に延在する両端部に、各々不定形耐火物が堤状に施工されていることを特徴とするフェロニッケル製錬用電気炉のスラグ樋。
2. 前記不定形耐火物がマグネシア粉とマグネシア粒との混合物であることを特徴とする、請求項１に記載のフェロニッケル製錬用電気炉のスラグ樋。
3. 前記溝状部にはその下方及び側方を覆うようにケーシングが離間して設けられており、該ケーシングと該溝状部との間に水砕スラグが充填されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフェロニッケル製錬用電気炉のスラグ樋。

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