JP6447491B2

JP6447491B2 - 竪型沈下式渦巻きポンプ、及び竪型沈下式渦巻きポンプの補修方法

Info

Publication number: JP6447491B2
Application number: JP2015253373A
Authority: JP
Inventors: 正和広瀬; 拓司柿山
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: JP2017115754A

Description

本発明は、竪型沈下式渦巻きポンプ、及び竪型沈下式渦巻きポンプの補修方法に関する。

一般的に、竪型沈下式渦巻きポンプは、インペラとケーシングを有するポンプ本体を液体中に浸漬して、当該液体を揚液するポンプである。竪型沈下式渦巻きポンプは、埋設型タンク等の揚液対象となる液体の液面レベルよりも高い位置にポンプを固定しなければならない場合に、自給式ポンプ等と共に用いられることが多い。

この竪型沈下式渦巻きポンプは、自給式ポンプと比較して、軸封位置が液面よりも高い位置にあるため、軸封部からの液漏れが無く、呼び水が不要なため、自動起動が容易であり、ポンプ本体が液体中に浸漬されているので、気泡を巻込むいわゆるキャビテーションが発生しない等の特性を有するために、産業界全般において広く使用されている。

例えば、ニッケル製錬においては、ニッケル及びコバルトを含有した硫化物を塩素ガスの酸化作用を利用して浸出し、浸出されたニッケルイオン及びコバルトイオンを電解採取によって電気ニッケル及び電気コバルトとして製品化する塩素浸出プロセスが実用化されている。この塩素浸出プロセスでは、塩素ガスの酸化作用を利用して浸出されなかった、硫黄を主成分とし、微量の溶け残りの金属を含有した硫化物及び酸化物を含む塩素浸出残渣が産出される。

そこで得られた塩素浸出残渣は、硫黄の融点を超える温度にまで昇温されることにより液体の溶融物となり、その溶融物がろ過装置でろ過されることにより溶融硫黄から固体の金属硫化物及び酸化物が分離されて、塩素浸出残渣から製品硫黄が回収される。溶融物の温度が低下することによって、固体が析出する特殊な使用条件では、ポンプと配管の保温や加温が必要となるが、特にポンプ本体の保温や加温は、装置が複雑かつ高価になる。このため、前述した竪型沈下式渦巻きポンプの特長に加えて、ポンプ本体を溶融物に浸漬する方法が最も簡単で合理的であることから、竪型沈下式渦巻きポンプは、塩素浸出残渣の溶融物をろ過装置に送液するポンプとして適用される。

塩素浸出残渣から得られる溶融物には、固体の金属硫化物及び酸化物が含まれているので、ポンプのインペラやケーシングといった接液部の構成部品が摩耗され易い課題があった。摩耗負荷の高い部分の摩耗防止に係る従来技術として、特許文献１には、羽根車の流路を形成するシュラウド内面と羽根面を硬化物質で表面被覆して、羽根車本体と前面シュラウドとを接合したことを特徴とする遠心羽根車が開示されている。また、特許文献２には、羽根車側板円筒部の外周面と、当該円筒部の外周面と対向するディフューザの内周面と、羽根車の心板側の外周面と、当該外周面と対向するステージ内周面のそれぞれに炭化物と金属とを含む被膜で被覆し、当該被膜を形成する炭化物は、ＷＣ又はＣｒ_３Ｏ_２の少なくとも何れかを含み、被膜を形成する金属は、Ｎｉ，Ｃｒの少なくとも何れかを含むものであることを特徴とする多段遠心ポンプが開示されている。

特開昭５９−０６８５９９号公報特許第３５７３５９０号公報

しかしながら、塩素浸出残渣から得られる溶融物は、高温であり、かかる塩素浸出残渣には、酸化性物質である溶存塩素や腐食性物質である塩酸も含まれる。このため、ポンプのインペラやケーシングといった接液部の構成部品の摩耗が高温脆化、酸化、酸食が同時に進行することにより、接液部全面に亘って促進される傾向があった。特許文献１や特許文献２のように、部分的に耐摩耗材を被覆するのみでは、固体の金属硫化物や酸化物、酸化性物質等を含んだ高温の溶融物を送液するポンプのインペラやケーシング等の接液部における構成部品の摩耗を抑制するには、十分でなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、固体の金属硫化物や酸化物、酸化性物質等を含んだ高温の溶融物の流送条件下でも、接液部における構成部品の優れた耐摩耗性を確保することの可能な、新規かつ改良された竪型沈下式渦巻きポンプ、及び竪型沈下式渦巻きポンプの補修方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、流体を流送する竪型沈下式渦巻きポンプであって、ニッケル及びクロムを含有したねずみ鋳鉄材で構成されるインペラと、前記ねずみ鋳鉄材材料で構成され、前記インペラを収容するケーシングと、を備え、前記インペラの外面全面には、タングステンカーバイドが溶射され、前記ケーシングの内面全面には、ＪＩＳ記号ＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料が溶射され、前記流体は、金属硫化物が塩素浸出された硫黄を主成分とする浸出残渣の１１０℃以上１５０℃以下の溶融物であり、該溶融物を流送する際に使用されることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ポンプのインペラとケーシングの摩耗が防止されるので、ポンプのインペラとケーシングの寿命を延長することができる。特に、固体の金属硫化物や酸化物、酸化性物質等を含んだ高温の溶融物の流送条件下においても、優れた耐摩耗性を確保できるようになる。

また、本発明の一態様では、前記ねずみ鋳鉄材のニッケル含有率が１重量％以上１０重量％以下、かつ、クロム含有率が１重量％以上１０重量％以下であることとしてもよい。

このような材質からインペラとケーシングを形成することによって、優れた耐摩耗性を確保できるようになる。

また、本発明の一態様では、前記インペラの外面全面に溶射された前記タングステンカーバイドの厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下であることとしてもよい。

このようにすれば、インペラの耐摩耗性を優れたものとすることができる。

また、本発明の一態様では、前記ケーシングの内面全面に溶射された前記自溶性溶射溶着用合金材料の厚みが１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることとしてもよい。

このようにすれば、ケーシングの耐摩耗性を優れたものとすることができる。

また、本発明の一態様では、前記インペラの外面全面の前記タングステンカーバイドの厚みが１００μｍ未満まで摩耗した際に、前記インペラの外面全面が前記タングステンカーバイドを再溶射して前記インペラを再使用可能に構成されることとしてもよい。

このようにすれば、インペラが繰り返し使用可能となるので、ポンプの補修コストを削減できる。

また、本発明の他の態様は、インペラとケーシングを備える竪型沈下式渦巻きポンプの補修方法であって、前記竪型沈下式渦巻きポンプは、金属硫化物が塩素浸出された硫黄を主成分とする浸出残渣の１１０℃以上１５０℃以下の溶融物を流送する際に使用され、前記インペラは、ニッケル及びクロムを含有したねずみ鋳鉄材から構成され、その外面全面にタングステンカーバイドが溶射され、前記ケーシングは、前記ねずみ鋳鉄材から構成され、その内面全面にＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料が溶射され、前記インペラの使用により前記外面全面に溶射された前記タングステンカーバイドの厚みが１００μｍ未満まで摩耗した際に、前記タングステンカーバイドを再溶射することによって、前記インペラを再使用可能にすることを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、インペラに溶射されたタングステンカーバイドが減肉した際に、タングステンカーバイドを再溶射することによって、インペラを繰り返し使用することが可能となるので、ポンプの補修コストを削減できる。

以上説明したように本発明によれば、固体の金属硫化物や酸化物、酸化性物質等を含んだ高温の溶融物の流送条件下においても、ポンプのインペラとケーシングの摩耗が防止され、ポンプのインペラとケーシングの寿命を延長することができる。

本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプが適用される塩素浸出残渣の融解工程における設備構成図である。本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプの概略構成図である。本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプの要部拡大図である。（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプに備わるインペラの平面図、（Ｂ）は、当該インペラの断面図、（Ｃ）は、当該インペラの底面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプが適用される設備構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプが適用される塩素浸出残渣の融解工程における設備構成図である。

本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプ１００は、ニッケル製錬におけるニッケル及びコバルトを含有した硫化物の塩素浸出残渣から硫黄を回収する際における塩素浸出残渣の融解工程で適用される。

ニッケル製錬において、ニッケル及びコバルトを含有した硫化物を塩素ガスの酸化作用を利用して浸出し、浸出されたニッケルイオン及びコバルトイオンを電解採取によって電気ニッケル及び電気コバルトとして製品化する塩素浸出プロセスが実用化されている。この塩素浸出プロセスでは、浸出残分、すなわち、硫黄を主成分とし、微量の溶け残りの金属を含有した硫化物及び酸化物を含む塩素浸出残渣が産出される。

塩素浸出残渣には、硫黄が８０〜８７重量％、鉄が２〜５重量％、ニッケルが４〜５重量％含まれている。そこで得られた塩素浸出残渣は、遠心分離機１０で液相と固体に分離され、当該固体が融解槽２０に投入される。融解槽２０に投入された固体を硫黄の融点を超える１１０℃以上にまで昇温されることにより、塩素浸出残渣に含まれる硫黄が液体（溶融物）２２となって、融解槽２０に滞留する。

融解槽２０中の溶融物２２は、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプ１００によって、ろ過装置３０に送液される。そして、塩素浸出残渣の溶融物がろ過装置３０でろ過されることにより、溶融硫黄から固体の金属硫化物及び酸化物が分離されて、塩素浸出残渣から製品硫黄が回収される。

塩素浸出残渣から得られる溶融物の液温は、１１０〜１５０℃、比重は、１．５〜２．０、粘度は、６０〜１００ｃＰ（１ｃＰ＝１ｍＰａ・ｓ）である。このように溶融物は、高温であり、かかる塩素浸出残渣には、酸化性物質である溶存塩素や腐食性物質である塩酸も含まれる。このことから、塩素浸出残渣から得られる溶融物をろ過装置３０に送液するポンプのインペラやケーシングといった接液部の構成部品の摩耗が高温脆化、酸化、酸食と同時に進行することにより促進される現象を抑制する必要がある。

次に、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプの概略について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプの概略構成図である。

本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプ１００は、図２に示すように、駆動源となるモータ１０２によって回転駆動する回転軸１０６の先端側にインペラ１１０が設けられ、当該インペラ１１０がケーシング１１２に収容されている。回転軸１０６の基端側は、軸受１０４で支持され、当該回転軸１０６は、略円筒形のフレーム１０８に収容され、当該フレーム１０８の先端側にケーシング１１２がボルトやナット等の接続部材で取り付けられている。

ケーシング１１２の底面側には、先端側に流体を吸い込むための吸込口１１６が設けられている揚液管１１４がボルトやナット等の接続部材で取り付けられている。また、ケーシング１１２の側面側には、吸込口１１６から吸い込んだ流体を排出するための排出口１１８が設けられており、当該排出口１１８は、略Ｌ字型の接続管１２０で連結された移送管１２２を介して、ろ過装置３０（図１参照）に接続される。

本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプ１００をこのような構成とすることによって、モータ１０２で回転軸１０６の先端側に取り付けられたインペラ１１０を回転駆動させて、揚液管１１４の吸込口１１６から吸い込まれた流体が排出口１１８に排出されるようになる。そして、排出口１１８から排出された流体は、接続管１２０、移送管１２２を介して、ろ過装置３０に送液されるようになる。

竪型沈下式渦巻きポンプ１００によって流体が送液されるとき、揚液管１１４や、インペラ１１０、ケーシング１１２、接続管１２０、移送管１２２等は、流体の流れによる摩耗等によって部品寿命が短縮される。特に、流体として金属硫化物が塩素浸出された硫黄を主成分とする浸出残渣の１１０℃以上１５０℃以下の溶融物を送液する場合には、ポンプ本体１１１のインペラ１１０やケーシング１１２といった接液部の構成部品の摩耗が高温脆化、酸化、酸食の同時進行により、接液部全面に亘って促進される傾向にある。

本発明者らは、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ニッケル及びクロムを含有したねずみ鋳鉄材でインペラとケーシング１１２を構成した上で、インペラ１１０の外面全面にタングステンカーバイドを溶射して当該タングステンカーバイドで皮膜し、かつ、ケーシング１１２の内面全面をＪＩＳ記号ＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料を溶射して当該自溶性溶射溶着用合金材料で皮膜することによって、ポンプのインペラ１１０とケーシング１１２の摩耗が防止できることを見出し、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成させるに至った。

そこで、本実施形態では、溶存塩素等を含んだ摩耗性のスラリーを送液するために、スラリー中に浸漬されたポンプ本体１１１、すなわち、インペラ１１０及びケーシング１１２において、インペラ１１０の外面全面にタングステンカーバイドを溶射してコーティングし、ケーシングの内面全面をＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料を溶射してコーティングしている。

これによって、腐食性物質による腐食等を受ける環境下で摩耗性の高温の溶融物スラリーを送液しても、接液部の構成部品の摩耗によるポンプの停止回数が減少し、ポンプの部品交換等の整備頻度が減少するようになる。このため、設備稼働率が向上して、竪型沈下式渦巻きポンプ１００を効率的かつ低コストで運転することができるようになる。

また、本実施形態の竪型沈下式渦巻きポンプ１００は、摩耗性の固体を含んだ比較的高温の溶融物スラリーであり、かつ酸化性物質である溶存塩素や腐食性物質である塩酸も含んだ溶融物スラリーを取り扱う全ての竪型沈下式渦巻きポンプに適用できる。特に、本実施形態の竪型沈下式渦巻きポンプ１００は、金属硫化物が塩素浸出された硫黄を主成分とする浸出残渣の１１０℃以上１５０℃以下の溶融物の流送のために用いられる竪型沈下式渦巻きポンプとして適用できる。

次に、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプにおけるポンプ本体の構成について、図面を使用しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプの要部拡大図であり、図２に示すＡ部の拡大図である。また、図４（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプに備わるインペラの平面図、図４（Ｂ）は、当該インペラの断面図、図４（Ｃ）は、当該インペラの底面図である。

回転軸１０６の先端側には、インペラ１１０が軸支されるように取り付けられ、当該回転軸１０６の先端がストッパー１１３で留められている。インペラ１１０は、ケーシング１１２に収容されている。ケーシング１１２は、図３に示すように、インペラ１１０の上面側をカバーする頂部側ケーシング１１２ａと、インペラ１１０の下面側をカバーして吸込カバーとなる底部側ケーシング１１２ｂから構成される。頂部側ケーシング１１２ａの頂部１１２ａ１は、フレーム１０８と連結され、底部側ケーシング１１２ｂの底部１１２ｂ２は、揚液管と連結されている。

インペラ１１０の軸方向の上面側には、頂部側ケーシング１１２ａの内壁部１１２ａ３と回転軸１０６との間に軸封部１０９が回転軸１０６を囲繞するよう設けられている。インペラ１１０の軸方向の下面側には、底部側ケーシング１１２ｂの中央部に設けられる吸込口１１２ｂ３が配置され、インペラ１０の径方向には、吐出口１１８が頂部側ケーシング１１２ａの側部側に設けられ、インペラ１１０の回転により吸込口１１２ｂ３から流体を吸い込んで、その流体を吐出口１１８から吐出するようになっている。

インペラ１１０は、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、円盤状の主板１１０ｃと、この主板１１０ｃの吸込口１１６側を向く面、すなわち、主板１１０ｃの下側の面に設けられた複数の羽根１１０ｄを有している。複数の羽根１１０ｄは、吸込カバーとなる底部側ケーシング１１２ｂに設けられる底面部１１２ｂ４に対向して回転する。一方、主板１１０ｃの上側の面には、軸封部１０９を減圧するための裏羽根１１０ｅが設けられている。

本実施形態では、図４（Ｃ）に示すように、複数の羽根１１０ｄは、それぞれ主板１１０ｃの下側の面に対して６箇所に等配されている。各羽根１１０ｄは、主板１１０ｃの中心から周方向に向かって渦巻き状に湾曲形成されるとともに、隣接する羽根１１０ｄとの対向方向の距離が拡幅するように設けられている。そして、隣接する羽根１１０ｄ同士の間が移送する流体の流路になっている。

本実施形態では、高温の溶融物を流体として送液するので、インペラ１１０の熱による伸びや膨張が発生することがある。このため、裏羽根１１０ｅと頂部側ケーシング１１２ａに設けられる頂面部１１２ａ４との間のクリアランスと、羽根１１０ｄと底部側ケーシング１１２ｂに設けられる底面部１１２ｂ４との間のクリアランスの大きさに関して、頂部側ケーシング１１２ａの下側に設けられるフランジ部１１２ａ２と底部側ケーシング１１２ｂの上側に設けられるフランジ部１１２ｂ１とを連結するボルト１１５とナット１１７を使用して調整可能になっている。

従来では、塩素浸出残渣の溶融物をろ過装置に送液するポンプに用いられる竪型沈下式渦巻きポンプのインペラの材質として、Ｃｒを２７重量％、Ｎｉを５重量％、Ｍｏを２重量％含んだフェライトが８０重量％とオーステナイトが２０重量％で構成された二相ステンレス鋳鋼（商品名：パイロメット２６）が使用されていた。しかしながら、二相ステンレス鋳鋼製のインペラは、使用開始後約２週間が経過すると、摩耗によって送液不能となり、新品と交換せざるを得ない状況となっていた。

そこで、本実施形態では、竪型沈下式渦巻きポンプ１００のインペラ１１０の材質をねずみ鋳鉄材（ＪＩＳ規格：ＦＣ２５０）にニッケル及びクロムを添加して耐摩耗性を向上させたものに変更し、かつ、インペラ１１０の外面全面にタングステンカーバイドを溶射することとした。具体的には、インペラ１１０の上側凸部１１０ａ、下側凸部１１０ｂ、主板１１０ｃ、羽根１１０ｄ、及び裏羽根１１０ｅの外面を全面的にタングステンカーバイドで溶射して、コーティングしている。

このように、インペラ１１０の材質を変更して、かつ、タングステンカーバイドで外面全面を溶射してコーティングした結果、使用開始後約２〜３ヶ月でタングステンカーバイドの溶射被膜に損傷は、認められるものの、タングステンカーバイドの再溶射によって繰返し使用できる程度のものであり、寿命を大幅に延ばせるものとなる。

一般的に、タングステンカーバイドは、ビッカース硬度で１１００Ｈｖを示す硬い物質であり、化学的にも不活性であるため、摩耗性の固体を含んだ比較的高温の溶融物スラリーであり、かつ、酸化性物質である溶存塩素や腐食性物質である塩酸も含んだ溶融物スラリーを取扱うような過酷な使用条件下でも、優れた耐摩耗性を示すものと考えられる。

なお、本実施形態では、耐摩耗性を良好とするために、ねずみ鋳鉄材のニッケル含有率は、１重量％以上１０重量％以下、クロム含有率は、１重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。また、インペラの外面全面に溶射されたタングステンカーバイドの厚みは、１００μｍ以上４００μｍ以下であることが好ましい。タングステンカーバイドの厚みは、１００μｍ未満では、基材に摩耗が及ぶ可能性があり、４００μｍを超えると、溶射が難しく、加工コストが増加するので、このような数値範囲としている。

さらに、本実施形態では、インペラ１１０の外面全面に溶射されたタングステンカーバイドの厚みが１００μｍ未満まで摩耗したとき、タングステンカーバイドを再溶射することによって、インペラ１１０を繰り返し使用することが好ましい。すなわち、インペラ１１０の使用によりインペラ１１０の外面全面に溶射されたタングステンカーバイドの厚みが１００μｍ未満まで摩耗した際に、タングステンカーバイドを再溶射することによって、インペラを再利用可能にして、竪型沈下式渦巻きポンプ１００を補修することが好ましい。

一方で、竪型沈下式渦巻きポンプのケーシングの材質として、従来は、インペラと同様に、二相ステンレス鋳鋼が使用されていた。しかしながら、二相ステンレス鋳鋼製のケーシングは、使用開始後約１ヶ月が経過すると、摩耗によって孔食が発生して使用不能となり、新品と交換せざるを得ない状況となっていた。

そこで、本実施形態では、竪型沈下式渦巻きポンプ１００のケーシング１１２の材質をねずみ鋳鉄材（ＪＩＳ規格：ＦＣ２５０）にニッケル及びクロムを添加して耐摩耗性を向上させたものに変更し、ケーシング１１２の内面全面にＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料（商品名：サーフェロイＳ−６Ｍ）を溶射することとした。

その結果、インペラ１１０と同様に、使用開始後約２〜３ヶ月で自溶性溶射溶着用合金材料の溶射被膜に損傷は、認められたが、自溶性溶射溶着用合金材料の再溶射によって繰返し使用できる程度のものであり、寿命を大幅に延ばすことができた。特に、ＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料は、ニッケル含有率が高いため、耐食性及び耐摩耗性に優れている。

また、ケーシング１１２は、インペラ１１０のように特定の部位の摩耗負荷が高い状況では無く、かつ、ケーシング１１２の場合は、内面全面に一様に摩耗が進行する状況である。このため、本実施形態では、タングステンカーバイドよりも溶射厚みを大きく取ることができる材質として、ＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料を選定した。そして、ＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料をケーシング１１２の内面全面に溶射してコーティングしている。なお、ここで言及するケーシング１１２の内面全面とは、頂部側ケーシング１１２ａの内壁部１１２ａ３と頂面部１１２ａ４、及び底部側ケーシング１１２ｂの底面部１１２ｂ４と吸込口（内壁部）１１２ｂ３を言うものとする。

ケーシング１１２を構成するねずみ鋳鉄材のニッケル含有率は、耐摩耗性を良好とするために、１重量％以上１０重量％以下、クロム含有率は、１重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。また、ケーシングの内面全面に溶射された自溶性溶射溶着用合金材料の厚みは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。自溶性溶射溶着用合金材料の厚みは、１ｍｍ未満では、ケーシングの寿命が短くなり、３ｍｍを超えると、完成品に溶射加工を施す際に、インペラとのクリアランスが狭くなり、実施不可能となる。それを避けるためには、予めケーシングを特注品とする必要があり、手間とコストが掛かるので、このような数値範囲としている。

前述のように、摩耗性の固体を含んだ比較的高温の溶融物スラリーであり、かつ、酸化性物質である溶存塩素や腐食性物質である塩酸も含んだ溶融物スラリーを取扱う竪型沈下式渦巻きポンプとして、本実施形態の竪型沈下式渦巻きポンプ１００を用いることによって、インペラ及びケーシングの耐摩耗性を大幅に向上させられる。具体的には、従来では、インペラで約２週間、ケーシングで約１ヶ月程度であった装置寿命をインペラ及びケーシング共に約２〜３ヶ月にまで大幅に延長することができた。そのことにより、設備稼働率が向上し、設備の補修コストを大幅に削減することができた。

次に、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプ１００について、実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、当該実施例に限定されるものではない。

（実施例）
図１に示したものと同様の設備構成のニッケル製錬におけるニッケル及びコバルトを含有した硫化物の塩素浸出残渣からの硫黄の回収工程において、融解槽から溶融物をろ過装置に送液する融解槽ポンプとして、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプ１００を用いた操業を行った。

塩素浸出残渣を蛇管に０．６ＭＰａの蒸気を通すことで加温し、１３０℃の溶融物スラリーとした。また、溶融物スラリーの比重は、１．５〜２．０、粘度は、６０〜１００ｃＰであった。さらに、溶融した塩素浸出残渣の化学組成は、硫黄が８０〜８７重量％、鉄が２〜５重量％、ニッケルが４〜５重量％であった。なお、化学組成については、硫黄については、差引法（１００重量％−（有機物＋灰分）重量％）により求めた。また、鉄及びニッケルについては、ＩＣＰ法により測定した。

竪型沈下式渦巻きポンプは、吐出量が１５０Ｌ／分、全揚程が前記溶融物において２０ｍであった。また、竪型沈下式渦巻きポンプの材質としては、インペラについては、ニッケル含有率が１重量％以上１０重量％以下、クロム含有率が１重量％以上１０重量％以下であるねずみ鋳鉄材製であって、該インペラの外面全面にタングステンカーバイドが約３００μｍの厚みで溶射されたものを用いた。

また、ケーシングについては、ニッケル含有率が１重量％以上１０重量％以下、クロム含有率が１重量％以上１０重量％以下であるねずみ鋳鉄材製であって、該ケーシングの内面全面にＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料（商品名：サーフェロイＳ−６Ｍ）が約２ｍｍの厚みで溶射されたものを用いた。以上の条件にて、塩素浸出残渣の溶融物を融解槽からろ過装置に送液する操業を継続した。

竪型沈下式渦巻きポンプを約２ヶ月使用後、インペラの外面及びケーシングの内面に表面の摩耗が多少認められたものの、タングステンカーバイド溶射被膜層及び自溶性溶射溶着用合金材料被膜層は、保たれており、再度、タングステンカーバイドと自溶性溶射溶着用合金材料を溶射することで、再使用をすることができた。

（比較例１）
竪型沈下式渦巻きポンプのインペラ及びケーシングの材質以外は、実施例と同じ形式の竪型沈下式渦巻きポンプを実施例と同じ融解槽ポンプに用いて、塩素浸出残渣の溶融物を融解槽からろ過装置に送液する操業を継続した。なお、塩素浸出残渣の組成、塩素浸出残渣の融解条件についても、実施例と同様である。

比較例１では、竪型沈下式渦巻きポンプのインペラの材質として、Ｃｒを２７重量％、Ｎｉを５重量％、Ｍｏを２重量％含んだフェライトが８０重量％とオーステナイトが２０重量％で構成された二相ステンレス鋳鋼（商品名：パイロメット２６）を用いた。また、竪型沈下式渦巻きポンプのケーシングの材質として、インペラと同様に、前記二相ステンレス鋳鋼を使用した。

比較例１では、前記二相ステンレス鋳鋼製のインペラは、使用開始後約２週間が経過すると、摩耗によって送液不能となり、新品と交換せざるを得ない状況となった。また、前記二相ステンレス鋳鋼製のケーシングは、使用開始後約１ヶ月が経過すると、摩耗によって孔食が発生して使用不能となり、新品と交換せざるを得ない状況となった。

（比較例２）
竪型沈下式渦巻きポンプのインペラ及びケーシングの材質以外は、実施例と同じ形式の竪型沈下式渦巻きポンプを実施例と同じ融解槽ポンプに用いて、塩素浸出残渣の溶融物を融解槽からろ過装置に送液する操業を継続した。塩素浸出残渣の組成、塩素浸出残渣の融解条件についても、実施例と同様である。

また、比較例２では、竪型沈下式渦巻きポンプのインペラの材質をねずみ鋳鉄材（ＪＩＳ規格：ＦＣ２５０）にニッケル及びクロムを添加して耐摩耗性を向上させたものとした。ただし、実施例とは違い、インペラの外面全面へのタングステンカーバイドの溶射は行わなかった。

ねずみ鋳鉄材のニッケル含有率は１重量％以上１０重量％以下、クロム含有率は１重量％以上１０重量％以下であった。また、竪型沈下式渦巻きポンプのケーシングの材質として、インペラと同様に、前記ねずみ鋳鉄材を使用した。ただし、実施例と異なり、ケーシングの内面全面への自溶性溶射溶着用合金材料の溶射を行わなかった。

比較例２では、タングステンカーバイドの溶射無しでこのインペラを使用した場合、２週間で表面に孔食や摩耗が発生し、１ヶ月の使用でインペラ全体が減肉し、原型を留めていないほど摩耗した。また、ねずみ鋳鉄材製のケーシングは、使用開始後約１ヶ月が経過すると、摩耗によって孔食が発生して使用不能となり、新品と交換せざるを得ない状況となった。

（比較例３）
竪型沈下式渦巻きポンプのインペラの材質以外は、実施例と同じ形式の竪型沈下式渦巻きポンプを実施例と同じ融解槽ポンプに用いて、塩素浸出残渣の溶融物を融解槽からろ過装置に送液する操業を継続した。塩素浸出残渣の組成、塩素浸出残渣の融解条件についても、実施例と同様である。

竪型沈下式渦巻きポンプの材質としては、インペラについては、ニッケル含有率が１重量％以上１０重量％以下、クロム含有率が１重量％以上１０重量％以下であるねずみ鋳鉄材製であって、該インペラの外面全面にアルプレックス（登録商標）処理によってセラミック層が約９０μｍの厚みで形成されたものを用いた。

アルプレックス（登録商標）処理とは、スーパーカロライジング化工を高性能化させたもので、カロライジング層のマトリックス中にセラミック層を形成し、耐食性及び耐摩耗性を向上させた金属表面改質処理である。このアルプレックス処理によって形成されたセラミック層は一般的に熱衝撃に強く、耐摩耗性に優れている。しかしながら、比較例３では、約１．５ヶ月の使用でほぼすべてのセラミック層が剥離していた。よって、寿命はタングステンカーバイドよりも劣るという結果が得られた。

以上の実施例及び比較例１乃至３の結果より、本発明の一実施形態に係る竪型沈下式渦巻きポンプ１００を適用した実施例の方が各比較例よりも、接液部の構成部品となるインペラやケーシングの摩耗が防止され、これらインペラ、ケーシングの寿命が延長されることが分かった。すなわち、インペラとケーシングをニッケル及びクロムを含有したねずみ鋳鉄材で構成した上で、インペラの外面全面にタングステンカーバイドを溶射して、かつ、ケーシングの内面全面をＪＩＳ記号ＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料を溶射することによって、接液部の構成部品となるインペラやケーシングの摩耗状況が改善されることが分かった。

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、竪型沈下式渦巻きポンプの構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０遠心分離機、２０融解槽、２２溶融物（流体）、３０ろ過装置、１００竪型沈下式渦巻きポンプ、１０２モータ、１０４軸受、１０６回転軸、１０８フレーム、１１０インペラ、１１１ポンプ本体、１１２ケーシング、１１２ａ頂部側ケーシング、１１２ｂ底部側ケーシング、１１３ストッパー、１１４揚液管、１１６吸込口、１１８排出口、１２０接続管、１２２移送管

Claims

流体を流送する竪型沈下式渦巻きポンプであって、
ニッケル及びクロムを含有したねずみ鋳鉄材で構成されるインペラと、
前記ねずみ鋳鉄材材料で構成され、前記インペラを収容するケーシングと、を備え、
前記インペラの外面全面には、タングステンカーバイドが溶射され、
前記ケーシングの内面全面には、ＪＩＳ記号ＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料が溶射され、
前記流体は、金属硫化物が塩素浸出された硫黄を主成分とする浸出残渣の１１０℃以上１５０℃以下の溶融物であり、該溶融物を流送する際に使用されることを特徴とする竪型沈下式渦巻きポンプ。
前記ねずみ鋳鉄材のニッケル含有率が１重量％以上１０重量％以下、かつ、クロム含有率が１重量％以上１０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の竪型沈下式渦巻きポンプ。
前記インペラの外面全面に溶射された前記タングステンカーバイドの厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の竪型沈下式渦巻きポンプ。
前記ケーシングの内面全面に溶射された前記自溶性溶射溶着用合金材料の厚みが１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の竪型沈下式渦巻きポンプ。
前記インペラの外面全面の前記タングステンカーバイドの厚みが１００μｍ未満まで摩耗した際に、前記インペラの外面全面が前記タングステンカーバイドを再溶射して前記インペラを再使用可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の竪型沈下式渦巻きポンプ。
インペラとケーシングを備える竪型沈下式渦巻きポンプの補修方法であって、
前記竪型沈下式渦巻きポンプは、金属硫化物が塩素浸出された硫黄を主成分とする浸出残渣の１１０℃以上１５０℃以下の溶融物を流送する際に使用され、
前記インペラは、ニッケル及びクロムを含有したねずみ鋳鉄材から構成され、その外面全面にタングステンカーバイドが溶射され、
前記ケーシングは、前記ねずみ鋳鉄材から構成され、その内面全面にＪＩＳ記号でＭＳＦＮｉ４に分類される自溶性溶射溶着用合金材料が溶射され、
前記インペラの使用により前記外面全面に溶射された前記タングステンカーバイドの厚みが１００μｍ未満まで摩耗した際に、前記タングステンカーバイドを再溶射することによって、前記インペラを再使用可能にすることを特徴とする竪型沈下式渦巻きポンプの補修方法。