JP6310376B2 - 自溶炉の冷却方法および冷却装置 - Google Patents

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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、32 H鋼
33〜37、133a〜133c 耐火物

Claims (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。

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