JP6310376B2

JP6310376B2 - 自溶炉の冷却方法および冷却装置

Info

Publication number: JP6310376B2
Application number: JP2014199320A
Authority: JP
Inventors: 竜也本村; 博春岡村
Original assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Current assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP2016070572A

Description

本発明は、自溶炉の冷却方法および冷却装置に関する。

銅製錬の製錬工程では、選鉱により得られた精鉱を酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に自溶炉に投入し、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。近年、自溶炉での処理量の増加に伴い、反応熱量も増加している。このため、熱から自溶炉の炉体を保護することを目的とした炉体の冷却方法が開発されている。

冷却方法として、水冷ジャケットを炉体に設けることがある。例えば特許文献１には、吊り下げ支持されたフレア状の水冷ジャケットを、自溶炉のシャフトとセットラとの連結部またはアップテイクとセットラとの連結部などに設ける技術が開示されている。

特開２００７−２７１１７３号公報

自溶炉の炉体全てを水冷ジャケットとすることは難しいため、炉体は、水冷ジャケットと耐火物により形成することとなる。この場合、炉体の熱膨張および収縮を吸収するため、水冷ジャケット間に隙間を設け、その隙間をシールするために定形耐火物または不定形耐火物などのシール部材を設置する必要がある。

しかしながら、シール部材自体に水冷構造を設けることは困難であるため、シール部材が溶損し、自溶炉炉体のシール性が悪化し、自溶炉炉内への空気（フリーエア）の侵入、自溶炉からのガスの噴出および溶湯の流出などのトラブルが発生するおそれがあった。また、これに伴い、シール部材付近の水冷ジャケットなどの溶損が進行するトラブルや、炉内に過剰な酸素が入ることにより炉内の熱バランスが崩れるおそれもあった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、シール部材を冷却することが可能な自溶炉の冷却方法および冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の自溶炉の冷却方法は、自溶炉に設けられた水冷ジャケット間、水冷ジャケットと耐火物との間、または水冷ジャケットとＨ鋼との間の隙間を埋めるシール部材にガスを吹き付けることで、前記シール部材を冷却する。

本発明の自溶炉の冷却装置は、自溶炉に設けられた水冷ジャケット間、水冷ジャケットと耐火物との間、または水冷ジャケットとＨ鋼との間の隙間を埋めるシール部材にガスを吹き付ける。

この場合において、前記ガスが流通するパイプを備え、前記パイプには、前記ガスを噴射するための噴射孔が設けられていることとしてもよい。また、前記シール部材に吹き付けるガスの量を変更する変更部を備えることとしてもよい。

本発明の自溶炉の冷却方法および冷却装置は、シール部材を冷却することができるという効果を奏する。

図１（ａ）は、自溶炉の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２は一実施形態に係るパイプの斜視図である。図３（ａ）は接合部を拡大した断面図であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）はセットラを拡大した断面図である。図４は変形例を説明するための図である。

以下、自溶炉の冷却方法及び冷却装置の一実施形態について、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は自溶炉１０の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

自溶炉１０は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、反応シャフト１２、セットラ１４、アップテイク１６を備える。反応シャフト１２の上部には精鉱バーナ１８が設けられ、精鉱バーナ１８から反応シャフト１２内へ精鉱と酸素富化空気が吹き込まれる。吹き込まれた精鉱と酸素富化空気は反応シャフト１２内で混合して瞬間的に反応し、セットラ１４内において層状のマットとスラグに分離する。高温となる自溶炉１０の炉壁は耐熱性のレンガを敷き詰めて構成されており、レンガはＨ鋼（図３の符号３１，３２参照）により支持されている。なお、図１（ａ）、図１（ｂ）において、Ｚ軸方向は、自溶炉１０の長手方向であり、Ｙ軸方向は、鉛直方向であり、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向に対して水平面内で垂直に交わる方向であるものとする。

反応シャフト１２とセットラ１４との接合部（図１（ｂ）の破線円Ｂ部分等）や、セットラ１４の天井部（図１（ｂ）の破線円Ｃ，Ｄ部分等）、およびセットラ１４とアップテイク１６との接合部の近傍にはパイプ２０ａ〜２０ｇが設けられている。

図２は、本実施形態に係るパイプ２０ａ〜２０ｇの斜視図である。パイプ２０ａ〜２０ｇには複数の噴射孔２１が設けられている。噴射孔２１の直径Ｄ１は例えば５ｍｍ、噴射孔２１間の距離Ｌ１は例えば５０ｍｍである。パイプ２０ａ〜２０ｇには、例えば空気や窒素などのガスが流通可能となっており、パイプ２０ａ〜２０ｇ内を流通するガスは、噴射孔２１から噴射される。なお、噴射孔２１からのガスの噴射方向は、パイプ２０ａ〜２０ｇが設けられる場所などに応じて、適宜変更可能である。パイプ２０ａ〜２０ｇの材料としては、例えば、銅やステンレスなどの金属を採用することができる。

図３（ａ）は、図１（ｂ）の接合部Ｂを拡大して示す断面図である。図３（ａ）の−Ｙ側が炉外側、＋Ｙ側が炉内側である。接合部Ｂにはフレア状の水冷ジャケット３０、Ｈ鋼３１、３２が存在している。また、水冷ジャケット３０とＨ鋼３１との間には、シール部材としての耐火物３３が設けられている。更に、Ｈ鋼３１とＨ鋼３２との間には、シール部材としての耐火物３４〜３６が設けられている。耐火物３３〜３６は、テーパ形状を有しており、自溶炉１０の隙間を埋め、自溶炉１０内を密閉する。耐火物３３〜３６は例えばレンガなどの定形耐火物、または粘土などの不定形耐火物である。

水冷ジャケット３０の炉内側には耐火物３７が設けられている。水冷ジャケット３０は例えば銅などの金属により形成され、内部に冷却水を流通する構造を有している。水冷ジャケット３０は、図３（ａ）に示すように炉内側にせり出すフィン構造を有しているため、水冷ジャケット３０と耐火物３７との接触面積が大きく、効果的に耐火物３７を冷却することが可能となっている。

Ｈ鋼３１は、Ｙ軸方向に延びる２つのフランジ部と、Ｚ軸方向に延びる１つのウェブ部とを含み、断面Ｈ字状の形状を有している。ウェブ部の−Ｙ側には、耐火物４０が設けられ、ウェブ部の＋Ｙ側には耐火物４１が設けられている。耐火物４０、４１は、定形耐火物又は不定形耐火物であり、配管４２が埋め込まれた状態となっている。Ｈ鋼３２も同様に、ウェブ部の−Ｙ側には、耐火物４３が設けられ、ウェブ部の＋Ｙ側には耐火物４４が設けられている。また、耐火物４３、４４には配管４５が埋め込まれた状態となっている。配管４２、４５は、例えば銅などの金属を材料とし、内部を冷却水が流通することで、Ｈ鋼３１，３２を冷却する。

接合部Ｂにおいては、耐火物３３の近傍、及び耐火物３５の近傍に、パイプ２０ａ、２０ｂが設けられている。パイプ２０ａ，２０ｂからは、耐火物３３，３５に向けてガスが噴出される。なお、パイプ２０ａ，２０ｂと耐火物３３，３５との距離は例えば数ｃｍ〜数十ｃｍなど、ガスが到達可能な距離とすることができる。耐火物３３，３５は、パイプから噴射されるガスにより冷却され、１５０℃〜４００℃に維持される。なお、パイプ２０ｂからは、耐火物３４や耐火物３６に対してもガスが噴出されるようになっていてもよい。これにより、耐火物３４，３６を直接的に冷却することも可能となる。

図３（ｂ）、図３（ｃ）は、図１（ｂ）のセットラ１４の天井部Ｃ、Ｄを拡大した断面図である。図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、セットラ１４の天井部Ｃ，Ｄは、複数の水冷ジャケット１３０ａ〜１３０ｃや、シール部材としての耐火物１３３ａ〜１３３ｃなどにより形成されている。水冷ジャケット１３０ａ〜１３０ｃは、前述した水冷ジャケット３０と同様であり、耐火物１３３ａ〜１３３ｃは、耐火物３３等と同様である。

耐火物３３ａの−Ｙ側近傍にはパイプ２０ｃが設けられ、耐火物３３ｂの−Ｙ側近傍にはパイプ２０ｄが設けられている。パイプ２０ｃ，２０ｄからは、耐火物１３３ａ，１３３ｂに向けてガスが噴出される。これにより、耐火物１３３ａ，１３３ｂは冷却され、１５０℃〜４００℃に維持される。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、自溶炉１０に設けられた水冷ジャケット間、水冷ジャケットと耐火物との間、または水冷ジャケットとＨ鋼との間の隙間を埋めるシール部材としての耐火物３３，３５，１３３ａ，１３３ｂ等にガスを吹き付け、冷却する。これにより、耐火物３３，３５，１３３ａ，１３３ｂ等の溶損を抑制し、かつ耐火物近傍の部材（水冷ジャケット３０、１３０ａ〜１３０ｃ、耐火物３４、３６、１３３ｃ、Ｈ鋼３１、３２）の溶損を抑制することができる。このため、自溶炉１０内への空気（フリーエア）の侵入、炉外からのガスの噴出および溶湯の流出を抑制することができる。このように、フリーエアの侵入を抑制することで、炉内の熱バランスを維持できることに加え、硫酸工程での廃酸発生を抑制することができる。また、耐火物の溶損が抑制されるため、耐火物３３，３５，１３３ａ，１３３ｂ等の交換頻度を少なくすることができる。

また、本実施形態では、ガスが流通するパイプ２０ａ〜２０ｇにガスを噴射するための噴射孔２１を設けることで、耐火物を冷却する装置を実現しているため、簡易な構成で、耐火物の冷却を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、反応シャフト１２とセットラ１４との接合部、およびセットラ１４とアップテイク１６との連結部などのように熱負荷の高い箇所にパイプを設置することで、溶損を効果的に抑制することができる。

なお、上記実施形態において、パイプは、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示した場所以外の場所（例えば、熱負荷の高い部材および水冷の構造を有さない部材の近傍）に設置することとしてもよい。

なお、上記実施形態では、例えば、パイプ２０ａとパイプ２０ｇは、反応シャフト１２の周囲を取り囲む１つのパイプであってもよい。

なお、上記実施形態では、耐火物３３、３５等の近傍に、パイプ２０ａ〜２０ｇを設ける場合について説明したが、これに限らず、図４に示すように、ガス噴出機構１２０を設けることとしてもよい。なお、ガス噴出機構１２０は、上記実施形態においてパイプ２０ａ〜２０ｇに噴射孔２１が設けられた間隔と同様の間隔で配置することとしてもよい。

ガス噴出機構１２０は、図４に示すように、ガスを噴出するノズル２３と、ノズル２３からのガスの噴出量を調整するためのバルブ２４と、を有する。ガス噴出機構１２０では、流量調整用のバルブ２４の開度を調整することで、各ノズルから噴出されるガスの量を個別に調整することができる。したがって、各耐火物の熱負荷に応じて噴射量を異ならせることで、各耐火物を効果的に冷却することができる。同様にパイプ２０ａ〜２０ｇから噴射されるガス量を調整するための流量調整バルブを設けることとしてもよい。

なお、バルブ２４の開閉動作は、人が行うこととしてもよいが、例えば、耐火物の温度に基づいて、コンピュータ等を有する制御部がバルブ２４の開閉制御を行うこととしてもよい。これにより、各耐火物の冷却をより効果的に行うことができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例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。

１０自溶炉
２０ａ〜２０ｇパイプ
２１噴射孔
２４バルブ（変更部）
３０、１３０ａ〜１３０ｃ水冷ジャケット
３１、３２Ｈ鋼
３３〜３７、１３３ａ〜１３３ｃ耐火物

Claims

自溶炉に設けられた水冷ジャケット間、水冷ジャケットと耐火物との間、または水冷ジャケットとＨ鋼との間の隙間を埋めるシール部材にガスを吹き付けることで、前記シール部材を冷却することを特徴とする自溶炉の冷却方法。
自溶炉に設けられた水冷ジャケット間、水冷ジャケットと耐火物との間、または水冷ジャケットとＨ鋼との間の隙間を埋めるシール部材にガスを吹き付けることを特徴とする自溶炉の冷却装置。
前記ガスが流通するパイプを備え、
前記パイプには、前記ガスを噴射するための噴射孔が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の自溶炉の冷却装置。
前記シール部材に吹き付けるガスの量を変更する変更部を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の自溶炉の冷却装置。