JP7087849B2 - 精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋 - Google Patents

Description

本発明は、自熔製錬炉等に設けられて製錬原料と反応用気体とを炉内に送り込むための精鉱バーナーにおいて、精鉱バーナーの内部を確認するための点検孔に差し込まれて、点検孔を閉蓋する精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋に関する。

硫化精鉱を原料とする製錬炉の一つに、一般には自熔炉と呼ばれている自熔製錬炉がある。自熔製錬炉は、基本的には、リアクションシャフト、セトラー、アップテイクなどによって構成され、原料はリアクションシャフトに炉頂より装入される。

炉頂には製錬原料と反応用気体とを炉内に送りこむ為の精鉱バーナーが取り付けられており、精鉱バーナーにおいては炉頂周辺と補助燃料バーナーを点検する為の点検孔が備えられている。

自熔製錬炉においては、粉状の固体硫化物などの製錬原料が、反応用酸素富化空気などの反応用気体と共に、リアクションシャフトの頂部に設けられた精鉱バーナーより、リアクションシャフト内に吹き込まれる。吹き込まれた製錬原料は、補助燃料の熱或いは反応用気体の顕熱や、炉壁内の輻射熱などによって昇温し、瞬時に反応用気体と反応してセトラーに溜められる。セトラー内では、熔体は比重差によってカラミとカワとに分けられ、カラミはカラミ抜き口から排出されて、電気錬かん炉に導入される。一方、カワはカワ抜き口から次の工程である転炉のバッチプロセスでの要求に応じて抜き出される。また、リアクションシャフト内で発生する高温排ガスは、セトラー及びアップテイクを通って排出され、ボイラーで冷却される。

点検孔は精鉱バーナーにおいて原料と反応用気体が混ざるバーナーコーン部に備えられており、通常操業中は反応用気体の乱流と原料の衝突による摩耗を防止する為、差し込み蓋を設置することで、点検孔内部を塞いでいる。

例えば、特許文献１に記載の精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋は、差し込み蓋先端の各面がバーナーコーンライナーに接する様になっており、設置位置を固定して栓部の先端面が精鉱バーナーのライナーの内周面と面一となる状態を持続できるよう箱形の形状をしている。

特開２０１６－１６４４６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋において、精鉱バーナー内部は加熱した反応用空気と、炉内からの輻射熱により高温の状態となっており、箱形の形状をした差し込み蓋先端（栓部）は内部の圧が上がることによって破損する場合があった。

そこで栓部分に直接穴を空けて圧力が抜ける状態で操業を行ったところ、バーナーコーン内の圧力が上昇したときに、点検孔と栓部の隙間から外部に漏れ出る原料が穴部に入り込み、固着することで差し込み蓋が重くなり抜き出しにくくなるという問題も生じた。

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、差し込み蓋先端への原料の侵入を抑制するとともに栓部分の内圧の上昇を防止する精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、圧力を抜くための穴の位置と大きさによっては差し込み蓋の先端内部に細かい原料が入り込まない様に圧力を抜くことができることを見出し、本発明の完成に至ったものである。

すなわち、本発明の一態様は、精鉱バーナーに形成された略筒状の点検孔に差し込まれて該点検孔を閉蓋する精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋であって、点検孔の形状に合わせて形成され、該点検孔の内部側の内部側開口部を閉蓋する栓部と、栓部に取り付けられた主軸と、主軸に栓部と離間して取り付けられ、点検孔の外部側の外部側開口部を閉蓋する鍔部とを備え、栓部と主軸はそれぞれが中空で内部が連通し、主軸には穴部が設けられている。

本発明の一態様によれば、栓部と主軸が中空で内部が連通していることで、栓部内の内圧が上昇した場合であっても、主軸の内部を通って主軸上の穴部から圧力を抜くことができ、また、主軸上に穴部を設けることで栓部に細かい原料が入り込まないようにすることができる。

このとき、本発明の一態様では、穴部は、鍔部と栓部の間にある主軸上に設けられているようにすることができる。

栓部ではなく主軸上に穴部を設けることで、栓部に細かい原料が入り込むのを防止することができる。

また、本発明の一態様では、穴部は、鍔部より栓部の側とは反対側にある主軸上に設けられていてもよい。

鍔部の外側に穴部を設けることで原料の入り込みを防ぐ効果はより高くなる。

また、本発明の一態様では、穴部の直径は、主軸の内径に対して４０％～６０％の大きさとすることができる。

穴部の大きさを上記範囲とすることで、原料の入り込みを防ぎつつ、効率的に内部の圧力を抜くことができる。

また、本発明の一態様では、穴部は、点検孔の閉蓋時に鉛直下向きとなるように形成されるようにしても良い。

穴部の向きを鉛直下向きとすることで、さらに原料の入り込みを防ぐことができる。

本発明によれば、差し込み蓋先端への原料の侵入を抑制するとともに栓部分の内圧の上昇を防止する精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋とすることができる。

本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋の使用状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋の側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋の平面図である。 本発明に係る差し込み深さ調整機構の一例を示した平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋（以下、単に、差し込み蓋とも言う。）について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋の使用状態を示した概略図である。本発明の一実施形態に係る差し込み蓋１は、例えば、非鉄金属製錬に使用される自熔製錬炉の頂部に設置されて、銅精鉱、フラックス、補助燃料などの製錬原料と反応用気体とを自熔製錬炉内に送り込むための精鉱バーナー１０において、精鉱バーナー１０の内部の状況やリアクションシャフト（反応塔）の内部の状況等を確認したり、精鉱バーナー１０内や補助燃料用バーナー２５の先端等の付着物を除去したりするための点検孔２６に着脱可能に差し込まれて、この点検孔２６を閉蓋する精鉱バーナー１０の点検孔２６用の差し込み式の蓋である。

精鉱バーナー１０は、例えば、精鉱シュート２１と、反応用気体送り管２２と、バーナーコーン２３と、固定式又は可動式の風速調整器２４とを備えている。精鉱シュート２１は、製錬原料をリアクションシャフト（反応塔）内に送り込むための管状部材であり、リアクションシャフトに向かって鉛直方向に延びている。反応用気体送り管２２は、精鉱シュート２１を包囲（内包）する状態で設けられた管状構造体であり、管内の所定位置より下方に向かうにしたがって径が小さくなるように形成されており、反応用気体をリアクションシャフト内に導入する。バーナーコーン２３は、管状に形成されていて、その上端２３ａが反応用気体送り管２２の下端２２ａに接続されており、反応塔内に製錬原料と反応用気体とを送り込むようになっている。風速調整器２４は、反応用気体送り管２２と精鉱シュート２１とにより形成された反応用気体の流路の幅を所定の大きさに狭めるような形状に形成されていて、精鉱シュート２１の外周に設けられており、反応用気体流の速度を決めることができるようになっている。更に、精鉱シュート２１の中心部には、送り込まれる製錬原料と反応用気体を昇温させるための補助燃料を送り込む補助燃料用バーナー２５がリアクションシャフトに向けて延びている。更に、反応用気体送り管２２及びバーナーコーン２３は、これらの内壁となり耐摩耗材を溶射した耐摩耗ライナー３０と、耐摩耗ライナー３０の外側に配置されて、耐摩耗ライナー３０を冷却する水冷ジャケット３１とで構成されている。

また、バーナーコーン２３の側面には、精鉱バーナー１０の内部の状態を確認したり、精鉱バーナー１０内や補助燃料用バーナー２５の先端等の付着物を除去したりするための点検孔２６が設けられている。この点検孔２６は、例えば四角柱状の略筒状で、バーナーコーン２３の内外を貫通させる貫通孔であり、例えば断面視矩形状に形成され、耐摩耗ライナー３０と水冷ジャケット３１とを貫通する形で開口されている。点検孔外部から内部までは、例えば６００ｍｍ程度の距離がある。点検孔２６は、精鉱バーナー１０の内部側（耐摩耗ライナー３０側）から外部側（水冷ジャケット３１）に向かうに連れて上方に傾斜するように形成されている。

図２は、本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋の斜視図であり、図３は、側面断面図であり、図４は平面図である。本発明の一実施形態に係る差し込み蓋１は、図２、図３、図４に示すように、精鉱バーナー１０に設けられた略筒状の点検孔２６の形状に合わせて形成され、点検孔２６の内部側の内部側開口部２６ａを閉蓋する栓部２と、この栓部２に溶着された主軸３と、この主軸３の中途部に栓部２と離間して溶着されて、点検孔２６の外部側の外部側開口部２６ｂを閉蓋する鍔部４と、主軸３の栓部２とは反対側の端部に溶着された取っ手となる操作取手５とを備えている。なお、差し込み蓋１は、操作取手５を、主軸３の栓部２とは反対側の端部に設けることに限定されるものではなく、鍔部４に直接的に取り付けるようにしてもよい。主軸３には栓部２加熱時の圧力を抜くための穴部６が設けられている。穴部６については後述する。

栓部２は、点検孔２６の形状及び大きさに合わせて、図２に示すように、例えば、点検孔２６の内部側開口部２６ａと断面視略同形の中空の箱状に形成されており、内部を中空とすることで作業者が片手で点検孔２６の開閉作業を行える程度まで軽量化が図られている。更に、栓部２は、図１に示すように、差し込み蓋１が点検孔２６内に差し込まれて点検孔２６の内部側開口部２６ａを閉蓋している際に、栓部２の先端面２ａと耐摩耗ライナー３０の内周面３０ａとが面一となるように、栓部２の先端面２ａが耐摩耗ライナー３０の内周面３０ａと同じ湾曲形状に形成されている。更に、この栓部２の先端面２ａは、耐摩耗材が溶射されており、耐摩耗ライナー３０と同様の耐久性を有している。更に、栓部２は、差し込み蓋１が点検孔２６内に差し込まれて点検孔２６の内部側開口部２６ａを閉蓋している際に、耐摩耗ライナー３０と水冷ジャケット３１との間に存在する隙間３２を埋めるような厚みを有している。

なお、差し込み蓋１は、栓部２が耐摩耗ライナー３０と水冷ジャケット３１との間の隙間３２を埋める厚みを有していることが好ましいが、これに限定されるものではなく、点検孔２６の内部側開口部２６ａを閉蓋することができるものであればよく、栓部２が、隙間３２の一部を埋める程度の厚みを有するようにしてもよく、隙間３２を埋めることなく、耐摩耗ライナー３０と同じ厚さ又はやや薄く形成されるようにしてもよい。

主軸３は、図２に示すように、円柱や角柱等の棒部材で構成され、内部が中空となっており、かつ中空部分は栓部２の中空部分と連通している。主軸３の先端部は、栓部２に溶着され、基端部に操作取手５が溶着されている。更に、主軸３は、図１に示すように、栓部２が点検孔２６の内部側開口部２６ａを閉蓋している際に、基端部が点検孔２６から外部に露出するような長さを有している。

鍔部４は、図２に示すように、点検孔２６の外部側開口部２６ｂよりも大きな矩形板状に形成され、主軸３の中途部に溶着されている。具体的には、鍔部４は、図１に示すように、栓部２の先端面２ａと耐摩耗ライナー３０の内周面３０ａとが面一となった際にバーナーコーン２３の側面に一体形成された筒状部材２８の外端面に当接するように、栓部２から離間して主軸３の中途部に溶着されており、栓部２の差し込み深さの位置決めを行う。なお、鍔部４は、矩形板状に形成されることに限定されるものではなく、円形状、楕円形状、矩形状以外の多角形状等に形成されるようにしてもよい。

また、鍔部４には、点検孔２６に差し込み蓋１を差し込んだ際の鍔部４の位置を調整可能にする差し込み深さ調整機構４０を有していても良い。図５は、本発明に係る差し込み深さ調整機構の一例を示した平面図である。例えば、差し込み深さ調整機構４０は、図５に示すように主軸３の略中央部に設けられたねじ山部４１と、鍔部４の前後に取り付けられる２つのナット４２から構成され、２つのナット４２により鍔部４を締め付ける位置を調整することで、栓部２の差し込み深さを可変することができる。このように、差し込み深さ調整機構４０により、差し込み蓋１の差し込み深さを調整することにより、例えば耐摩耗ライナー３０の内周面３０ａが使用期間に応じて摩耗してきた場合であっても、容易にライナー面と栓部２の先端面２ａを一致させるように差し込み深さを調整することができる。

差し込み蓋１を使用して精鉱バーナー１０の点検孔２６を閉蓋するに際しては、差し込み蓋１の操作取手５を持って、点検孔２６の外部側開口部２６ｂから差し込み蓋１の栓部２を点検孔２６に挿入し、鍔部４がバーナーコーン２３の筒状部材２８の端面と当接するまで、差し込み蓋１を点検孔２６に差し込む。すると、点検孔２６の内部側開口部２６ａが栓部２によって閉蓋され、点検孔２６の外部側開口部２６ｂが鍔部４によって閉蓋され、耐摩耗ライナー３０と水冷ジャケット３１との間の隙間３２と点検孔２６とが栓部２によって遮断され、更に、栓部２の先端面２ａと耐摩耗ライナー３０の内周面３０ａとが面一となる。

このように、差し込み蓋１は、栓部２の先端面２ａが精鉱バーナー１０の耐摩耗ライナー３０の内周面３０ａと面一となるように形成されていることにより、点検孔２６の内部側開口部２６ａから点検孔２６の内部に製錬原料や反応用気体が流入することを防止することができるとともに、精鉱バーナー１０内での製錬原料や反応用気体の流れを妨げることを防止できるので、点検孔２６内及び精鉱バーナー１０内の点検孔２６周辺での乱流の発生を抑制することができ、耐摩耗ライナー３０の寿命をより延長することができる。

また、本発明の一実施形態に係る差し込み蓋１では、図３に示すように、主軸３を中空とし、かつ栓部２の中空部と連通させ、主軸３に穴部６を設けることで、栓部２内の内圧が上昇した場合であっても、主軸３上の穴部６からガスを排出して圧力を抜くことができ、また、主軸３上に穴部６を設けることで栓部２に細かい原料が入り込まないようにしている。

穴部６は、図４に示すように、鍔部４と栓部２の間にある主軸３上（図４の穴部６Ａの位置）に設けても良いし、鍔部４より点検孔２６の外部側にある主軸３上（図４の穴部６Ｂの位置）に設けてもよい。鍔部４と栓部２の間にある主軸３上（図４の穴部６Ａの位置）に設ける場合には、圧抜きの空気が外部に噴き出すことはないため安全である。圧抜きの空気は、水冷ジャケット３１により冷却されるため、点検孔２６内部の圧力上昇にはならない。細かい原料の浸入を防止するため、穴部６は鍔部４に近い側の主軸３上に設けることが好ましい。また、鍔部４より栓部２の側の反対側にある主軸３上（図４の穴部６Ｂの位置）に設ける場合には、原料の入り込みを防ぐ効果はさらに高くなる。一方で、圧抜きの空気が外部に噴き出すことになるため、取り扱い時には注意が必要となる。

穴部６の直径は、主軸３の内径に対して４０％～６０％の大きさとすることが好ましい。例えば、主軸３の内径がφ１０ｍｍの場合には、主軸３にφ４ｍｍ～６ｍｍ程度の穴を設けることが好ましい。穴部６の内径が小さすぎると内部の圧抜きを十分に行うことができず、また、穴部６の内径が大きすぎると精鉱バーナー内部で巻きあがった細かい精鉱が穴部６に入り込む恐れがある。穴部６は必ずしも円形である必要はなく、矩形状やスリット状となっていても良い。また、穴部６は１つあれば十分であるが、複数設けていても良い。あるいは、穴部６を通気性の良いカバーで覆うようにしても良い。

また、穴部６は、点検孔２６の閉蓋時に鉛直下向きとなるように主軸３に形成されることが好ましい。穴部６の向きを鉛直下向きとすることで、仮に細かい精鉱が巻きあがった場合であっても、穴部６から内部に入り込み難くなる。

なお、本発明の一態様では、主軸３上に穴部６を設けているが、例えば、栓部２に主軸３とは別の軸（副軸）を設けても良い。この場合、副軸は、差し込み蓋１の移動用の主軸３とは別に、栓部２内部の圧抜き用の軸となる。

以下に示す実施例及び比較例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、内径φ１０ｍｍの主軸にφ５ｍｍの穴部を設けた精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋を用いて自熔炉による銅製錬を行った。約１ヶ月間連続で使用しても栓部の破損や原料の入り込みは確認されなかった。

（比較例１）
比較例１では、穴部を設けない差し込み蓋を用いて自熔炉による銅製錬を行った。しばらく使用していると、差し込み蓋の先端部が自熔炉の熱を受けて箱内の温度が上昇し圧力が高まったことにより変形がみられた。

（比較例２）
比較例２では、栓部の外部側（鍔部側）の２箇所の面に空気抜き穴を形成した差し込み蓋を用いて自熔炉による銅製錬を行った。栓部の変形は確認されなかったが、約１ヶ月間連続で使用すると、巻きあがった細かい精鉱が徐々に入り込んで蓄積されることにより、差し込み蓋の重量が重くなってしまった。

以上の結果から、本発明の一実施形態に係る精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋を適用することにより、差し込み蓋先端への原料の侵入を抑制するとともに栓部分の内圧の上昇を防止することができることが分かった。

なお、上記のように本発明の一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。したがって、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、精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋の構成も本発明の一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。

１ 差し込み蓋、２ 栓部、２ａ 先端面、３ 主軸、４ 鍔部、５ 操作取手、６（６Ａ，６Ｂ） 穴部、１０ 精鉱バーナー、２１ 精鉱シュート、２２ 反応用気体送り管、２２ａ 下端、２３ バーナーコーン、２３ａ 上端、２４ 風速調整器、２５ 補助燃料用バーナー、２６ 点検孔、２６ａ 内部側開口部、２６ｂ 外部側開口部、２７ 蓋、２８ 筒状部材、３０ 耐摩耗ライナー、３０ａ 内周面、３１ 水冷ジャケット、３２ 隙間、４０ 差し込み深さ調整機構、４１ ねじ山部、４２ ナット

Claims (5)

1. 精鉱バーナーに形成された略筒状の点検孔に差し込まれて該点検孔を閉蓋する精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋であって、
   上記点検孔の形状に合わせて形成され、該点検孔の内部側の内部側開口部を閉蓋する栓部と、
   上記栓部に取り付けられた主軸と、
   上記主軸に上記栓部と離間して取り付けられ、上記点検孔の外部側の外部側開口部を閉蓋する鍔部とを備え、
   上記栓部と上記主軸はそれぞれが中空で内部が連通し、上記主軸には穴部が設けられていることを特徴とする精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋。
2. 上記穴部は、上記鍔部と上記栓部の間にある上記主軸上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋。
3. 上記穴部は、上記鍔部より上記栓部の側とは反対側にある上記主軸上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋。
4. 上記穴部の直径は、上記主軸の内径に対して４０％～６０％の大きさであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋。
5. 上記穴部は、上記点検孔の閉蓋時に鉛直下向きとなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の精鉱バーナー点検孔用差し込み蓋。

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