JPH10103871A - 非鉄製錬炉の角部冷却装置及び平面部冷却装置並びにそれらの配置構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 非鉄製錬炉の炉体全体の冷却を十分に行
え、炉体の変形を、特には炉体角部の煉瓦の迫り出しを
十分に防止できる冷却装置を提供すると同時に、このよ
うな冷却装置の好適な配置構造を提供する。 【解決手段】 本発明では、製錬炉の角部を冷却する角
部冷却装置の冷却面をＬ字型面とする。また、冷却装置
の外側面の端部に沿うように冷却パイプを配置する。そ
して、これらの冷却装置を、冷却面が炉体と密着するよ
うに配置する。そのとき、角部冷却装置の冷却面と炉体
との間に膨張吸収材を配すのもよい。 【効果】角部冷却装置の冷却面をＬ字型面として、製錬
炉の角部を包み込むように配置すると、従来より高い冷
却能力を見込める。また、外側面に設けた冷却パイプ
は、冷却装置間からの漏湯を防止する。さらに膨張吸収
材で煉瓦の熱膨張を吸収し、角部冷却装置自体の移動を
防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非鉄製錬炉、特に
自溶炉の炉体の煉瓦面を冷却し炉体の変形を防止するた
めに用いる非鉄製錬炉の冷却装置及びその配置構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自溶炉を含む非鉄製錬炉は、発生した溶
湯をその比重差によりスラグとマットに分離するための
矩形のセットラを含む炉体を有し、その炉体は、一般的
に耐熱煉瓦で構成される。そして、上記セットラは、操
業時には通常１２００度〜１３００度という高温に晒さ
れるため、炉体を構成する耐火煉瓦といえどもその損傷
が激しくなり、何らかの手段による冷却が不可欠とな
る。

【０００３】従来の非鉄製錬炉の冷却に用いられる装置
としては、フィン付き銅チューブ及びほぼ板状の水冷ジ
ャケットが知られ、いずれも非鉄製錬炉の耐熱煉瓦の外
側面に沿わせ、製錬炉の外壁の煉瓦面全体を囲むように
配置して用いられる。特に水冷ジャケットは、銅チュー
ブよりも肉厚を大きくできるために耐用年数を長くで
き、また、製錬炉の外側の煉瓦面との密着性を高めるこ
とにより煉瓦面を良く冷却できるようにすることが可能
であるため、近年、非鉄製錬炉の冷却装置として広く用
いられている。

【０００４】しかし、図７で示すように、従来のほぼ板
状の水冷ジャケット２０は、製錬炉外側の煉瓦面を囲む
ように配置されるものであり、また水冷ジャケットは破
損防止のために完全に固定しない構造とすることが多い
ため、炉の加熱及び使用にともない炉体３０の各面の煉
瓦が熱膨張し、炉体の変形が生じることがある。また、
このような単純熱膨張ばかりではなく、温度の昇降サイ
クルによる累積熱膨張によっても炉体の変形が生じ、こ
れらにより、極端な場合は、煉瓦の膨張の影響を最も受
ける非鉄製錬炉の炉体角部４０の煉瓦に隙間が生じ、そ
こから溶湯が漏れることがある。

【０００５】また、炉体角部は、煉瓦の膨張の影響を特
に強く受ける部分であるため、炉体変形による煉瓦間の
隙間の発生を重点的に防止する必要があるが、従来のほ
ぼ板状の水冷ジャケット２つを、炉体角部に近接させて
適用する冷却方法を用いても、煉瓦の迫り出しにより水
冷ジャケット自体が移動してしまい、炉体変形による煉
瓦間の隙間の発生を抑えることはできなかった。

【０００６】また、従来の水冷ジャケットの配置では、
ジャケット設置時の工事上の必要性から隣合う水冷ジャ
ケットの間に最小限の隙間を設けている。しかし、煉瓦
の熱膨張による炉体の変形に伴い水冷ジャケット自身も
移動し、この隙間が拡大するおそれがある。更に、煉瓦
の消耗の進行に伴いこの隙間が拡大すると、そこから溶
湯が漏れるというトラブルが発生する場合がある。

【０００７】このような漏湯トラブルは水蒸気爆発や火
災を引き起こす非常に危険なものである。また、漏湯ト
ラブルが発生すると、操業を停止して炉体の修復が必要
となるが、操業停止による生産の損失は膨大である。従
って、製錬炉の角部に集中しがちな煉瓦の熱膨張による
応力を分散させることにより、炉体の変形を防止しなが
ら、この部分の冷却を効率よく行う技術を開発すること
が解決すべき課題となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、セ
ットラを含む炉体全体の冷却を十分に行え、そして炉体
の変形を、特には炉体角部の煉瓦の迫り出しを十分に防
止できる冷却装置を提供すると同時に、このような冷却
装置の好適な配置構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、矩
形非鉄製錬炉の角部を冷却するために用いる角部冷却装
置の冷却面を、非鉄製錬炉の角部の形状に対応するＬ字
型面としてある。即ち、従来の冷却装置がほぼ板状の水
冷ジャケットであり、水冷ジャケットの耐熱煉瓦と接す
る面（冷却面）が平面となっていたのに対して、本発明
による冷却装置の冷却面は、セットラ角部の形状に対応
する形状、具体的には平面視でほぼＬ字型の面としてあ
る。尚、この明細書中では、上述のほぼ板状の水冷ジャ
ケットのような平面の冷却面を持つ冷却装置を平面部冷
却装置と呼ぶ場合がある。

【００１０】請求項１の角部冷却装置は、冷却面の形状
を矩形非鉄製錬炉の角部の形状に対応する形状としてあ
るため、矩形非鉄製錬炉の角部をその両面から包み込む
ようにして配置することが可能である。つまり、本発明
の矩形非鉄製錬炉の角部冷却装置は、セットラ外壁の耐
熱煉瓦面の中でも、特に角部の煉瓦面を冷却するのに適
した形状となっている。

【００１１】請求項２の角部冷却装置は、冷却面の形状
を平面視でＬ字型の面とし、且つ、その冷却装置の冷却
面の裏側の面である外側面を冷却面に対応したＬ字型面
としたものである。従って、請求項２記載の冷却装置を
平面視すれば、全体としてほぼＬ字型の形状となってい
る。

【００１２】このように冷却面の裏面の形状を冷却面に
対応させれば、非鉄製錬炉角部を角部の両面から包みこ
むように角部冷却装置を配置できるようにしたまま、角
部冷却装置の小型化（薄型化）を図ることができる。

【００１３】請求項３では、角部冷却装置の外側面の端
部に、更に冷却用パイプを設けることとしている。そし
て、冷却装置内に通す冷却水とは別の冷却水をこの冷却
用パイプに流すことにより、たとえ冷却装置が移動して
冷却装置間の隙間が拡大したとしてもこの冷却用パイプ
の冷却能力により漏湯を防止することができるようにし
ている。

【００１４】請求項４では、平面部冷却装置の冷却面の
端部に冷却用パイプを設けることとしている。この冷却
用パイプに、冷却装置内に通す冷却水とは別の冷却水を
流すことにより、請求項３の場合と同様に、たとえ冷却
装置が移動して冷却装置間の隙間が拡大したとしてもこ
の冷却用パイプの冷却能力により漏湯を防止するように
している。

【００１５】請求項５では、冷却面の形状を矩形非鉄製
錬炉の角部の形状に対応するＬ字型面とした上記角部冷
却装置を、冷却面が非鉄製錬炉の角部の耐熱煉瓦面に密
着するように配置することとしている。換言すれば、本
発明による角部冷却装置は非鉄製錬炉の角部を両面から
包み込むように配される。尚、冷却装置を対応させる煉
瓦面には凹凸があるので、密着とは、冷却装置の冷却面
と煉瓦面が十分に接近している場合をも含むものとす
る。

【００１６】このように角部冷却装置を配置すれば、万
が一、角部の煉瓦面に隙間が生じ、溶湯が角部冷却装置
にの冷却面に接触する状況が発生しても、角部冷却装置
の有する高い冷却能力により溶湯を凝固させて、冷却装
置の表層にセルフコーティング層を形成することが可能
となり漏湯を防止できる。

【００１７】更に、請求項６では、矩形非鉄製錬炉の角
部の形状に対応する冷却面を持った本発明の角部冷却装
置を矩形非鉄製錬炉の角部に配し、同時に、その角部以
外の部分（平面部）に平面部冷却装置を配すこととして
いる。

【００１８】このように、従来の平面部冷却装置と、本
発明の角部冷却装置とを組み合わせて配置することによ
り、非鉄製錬炉の煉瓦面の全体を角部に至るまで十分に
冷却できることとなる。この場合、平面冷却装置の外側
面の端部に冷却パイプを設けた方が、冷却装置自体の移
動に伴い冷却装置間に隙間が発生した場合であっても、
漏湯を確実に防止できることとなるため好ましい。

【００１９】次に、請求項７では、上述のように非鉄製
錬炉の角部に配された角部冷却装置の冷却面とセットラ
外壁の煉瓦面との間に、膨張吸収材を配することとして
いる。

【００２０】このように膨張吸収材を配したのは以下の
理由による。即ち、煉瓦面の冷却強化を行っても煉瓦の
一端は炉内の溶湯又は高温ガスに接しているため、その
熱膨張を完全に抑えるのは不可能である。一方、非鉄製
錬炉の角部に上述のＬ字型冷却装置を設けることにした
ため、矩形非鉄製錬炉の炉体の各面の煉瓦膨張による応
力及びそれに伴う歪みは、角部冷却装置に集中する。こ
の場合、上記応力及び歪みにより角部冷却装置の移動及
び損傷が懸念される。そこで、本発明の冷却装置の配置
構造では、角部冷却装置の冷却面と角部煉瓦面との間に
膨張吸収材を配置することとし、煉瓦の膨張による冷却
装置の移動及びこれに伴う漏湯の発生を効果的に防止す
ることとしたものである。

【００２１】この膨張吸収材としては、アルミナ、シリ
カ繊維を部位によって厚みを変えてボード状に加工した
ものを用いるのが好ましく、例えば株式会社ニチアスの
ファインフレックスハードボード（商品名）をこれに用
いることができる。

【００２２】請求項８では、請求項７の膨張吸収材の厚
みをその部位により適切に変化させたものとしている。
つまり、角部冷却装置のＬ字型冷却面と炉体の煉瓦面と
の間に設けた膨張吸収材のうち、炉体の短手方向の煉瓦
面に面する部分の膨張吸収材の厚さを、長手方向の煉瓦
面に面する部分の膨張吸収材の厚さよりも厚くしてい
る。

【００２３】このように膨張吸収材の厚さに部位により
差を設けたのは、セットラ外周の煉瓦は、膨張率が一定
であれば長手方向により大きく膨張するため、その影響
を受ける短手側の煉瓦面に面した膨張吸収材をより増や
す必要があるためである。これにより、セットラ角部の
煉瓦面の膨張による応力及びそれに伴う歪みを、より効
果的に吸収できることになる。

【００２４】

【発明の実施形態】図１〜図７に従って本発明による非
鉄製錬炉の冷却装置及びその配置構造の実施形態につい
て説明する。尚、以下の説明において、重複する部分に
は同じ符号を付し、重複説明は省略する。

【００２５】第１実施例： 図１〜２は本発明の角部冷
却装置の第１実施例を示している。図１より明らかなよ
うに第１実施例の角部冷却装置１を平面視するとほぼＬ
字型の形状をしている。この形状は、角部冷却装置とし
ての水冷ジャケット１の冷却面５をほぼＬ字型面にした
場合の最も合理的な水冷ジャケット１の形状として採用
されたものである。要するに、角部冷却装置１の冷却面
５をセットラ角部３に対応した形状の面とすると同時
に、角部冷却装置１の小型化を図ったものである。

【００２６】第１実施例の水冷ジャケット１の冷却面５
は、上述のようにほぼＬ字型の形状をしている。これ
は、自溶炉その他の非鉄製錬炉の炉体３の大半が矩形で
あり、その角部４の形状に冷却面５が対応するようにし
たためである。

【００２７】この水冷ジャケット１の内部には、図２で
示すように冷却水を流すための通路６が蛇行して設けら
れている。また、この通路６に冷却水を流入させ、また
排出させるために、水冷ジャケット１には給水口７と排
水口８が設けられている。尚、水冷ジャケット１内では
耐熱煉瓦９と冷却水の間での熱交換が行われるため、冷
却水の膨張及び水蒸気泡の発生があることを考慮して、
排水口８を水冷ジャケット１の上部に設けている。

【００２８】また、第１実施例では、上部に行くに従っ
て水平断面が若干大きくなるようにテーパーが付けられ
ている。この形状は、実施例の水冷ジャケット１を設置
した自溶炉の炉体３の角部４の形状に合わせただけのも
のである。従って、このような形状が必ずしも必要とい
うわけではない。

【００２９】第２実施例： 次に、図３に従って第２実
施例の説明をする。この第２実施例においても、角部冷
却装置１の冷却面５を平面視した形状は第１実施例の場
合と同様にほぼＬ字型をしている。これは、第１実施例
と同様に炉体３の角部４に冷却面５の形状を対応させた
ものである。

【００３０】但し、第２実施例においては外側面１０の
形状が第１実施例と異なっており、角部冷却装置として
の冷却ジャケット１を平面視した形状はＬ字型とは呼べ
ない形状になっている。つまり、冷却面５の形状が炉体
３の角部４に対応するようになっていれば、それ以外の
部分の形状は適宜変更可能である。

【００３１】第３実施例： 次に、図４に従って、本発
明の冷却装置の第３実施例について、説明する。図４に
従って、本発明の第３の実施例の説明をする。図４で明
らかなように、この冷却装置では、従来の平面部冷却装
置２の外側面１０の端部に銅製の冷却パイプ１２を設け
ている。そして、この外側面１０の端部に設けられた冷
却パイプ１２に、平面冷却装置２内の水路６とは異なる
経路で冷却水を流し、平面部冷却装置２の間に隙間が開
いて漏湯が生じた際には、この冷却パイプ１２の冷却力
で漏湯の浸出を防止する。もっとも、１２ａ及び１２ｂ
の各パイプは、冷却パイプの一部が外側面１０の端部で
平面冷却装置２間の隙間を埋めるように配置すればよ
く、必ずしも図示したような配置が、必要なわけではな
い。

【００３２】また、この実施形態の中心部を占める平面
部冷却装置２の内部には、図示せぬ水路が設けられてお
り、その外側面には図示せぬ下部の給水口と、図示せぬ
上部の排水口とが設けられている。また、この平面冷却
装置２を配置するに当たっては、隣合う平面冷却装置２
間の隙間を外側から覆うように、平面冷却装置２の外側
面１０に面しするようにして、板体１３を配置するとよ
い。尚、この水路を流れる冷却水と、上述の冷却パイプ
１２を流れる冷却水とは、両者とも、平面部冷却装置２
の下部から上部の向きに流される。

【００３３】次に、本発明による角部冷却装置１の炉体
３に対する配置構造を図２を用いて説明する。

【００３４】上述の説明から明らかなように、本発明の
角部冷却装置としての水冷ジャケット１は、炉体３の角
部４をほぼＬ字型の冷却面５で挟み込むように、その冷
却面５を炉体３の角部４の耐熱煉瓦面９に密着させて、
セットラの角部４に配される。

【００３５】このような角部冷却装置１の形状と配置に
より、炉体３の角部４を効果的に冷却できるようにな
る。また、このような配置をすれば、単に従来の平面状
の冷却面を持つジャケット２基を炉体３の角部４に近接
させて配した場合よりも、角部冷却装置の内側で漏湯を
凝固させることにより、外部への漏湯をより確実に防止
できる。

【００３６】更に、本発明による角部冷却装置１を炉体
３の四隅に配し、更に従来の平面部冷却装置２、好まし
くはほぼ板状の水冷ジャケットをセットラの四隅以外の
部分に配すことにより、セットラの全体を均一に冷却す
ることが可能となる。尚、この冷却装置の配置構造は、
図５で示されている。

【００３７】次に、図６は、図３の角部冷却装置１と炉
体３の角部４を拡大して示した部である。図６中の１１
は、アルミナ及びシリカ繊維をボード状に固めたものか
らなる膨張吸収材であり、この膨張吸収材１１は、煉瓦
面９の迫り出しを吸収して、角部冷却装置の移動を防止
する。

【００３８】また、図６から明らかなように、上記膨張
吸収材１１は、炉体３の煉瓦面９の短手面９ａに面する
部分１１ａが、煉瓦面９の長手面９ｂに面する部分１１
ｂよりも大きな厚みを持つようにされている。これは、
炉体３の長手面の煉瓦膨張が短手面の煉瓦膨張よりも大
きいため、その膨張を受け止める膨張吸収材をより厚く
する必要があるためである。尚、この膨張吸収材の厚さ
は、短手側で約２．５ｃｍ、長手側で約５ｃｍである。

【００３９】尚、ここまでに説明した冷却装置は、炉体
３内部で上下する溶湯の液面が冷却面５の上端からはみ
出ることのないように配置するのが好ましい。溶湯が上
下する部分の煉瓦は、溶湯が浸透し易いため変質しやす
く、そのために特に損傷が激しくなるので、この部分の
冷却を特に強化する必要があるからである。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、矩形非鉄製錬炉全体を
十分に冷却することが可能となり、煉瓦の寿命の延長を
図れる上に、煉瓦の熱膨張による応力及びそれに伴う歪
みが特に集中し易いセットラ角部の変形防止及び漏湯の
防止が可能となり、従って、非鉄製錬炉自体の寿命を伸
ばすことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の非鉄製錬炉の角部冷却
装置を表した斜視図。

【図２】この発明の第１実施例の非鉄製錬炉の角部冷却
装置をセットラの角部に配した状態を示す斜視図。

【図３】この発明の第２実施例の非鉄製錬炉の角部冷却
装置を表した斜視図。

【図４】この発明の第３実施例の非鉄製錬炉の平面部冷
却装置を表した斜視図。

【図５】第１実施例の発明の角部冷却装置と、従来の平
面部冷却装置を、非鉄製錬炉のセットラへ配置した状態
を表した概略平面図。

【図６】図５で配置された角部冷却装置及びセットラ角
部を拡大した概略平面図。不定型耐火物を配した状態を
示す概略平面図。

【図７】平面部冷却装置がセットラに配置された、従来
の冷却装置の配置構造を表す概略平面図。

【符号の説明】

１ 角部冷却装置 ２ 平面部冷却装置 ３ 炉体 ４ 炉体角部 ５ 冷却面 ６ 通路 ７ 給水口 ８ 排水口 ９ 煉瓦面 １０ 外側面 １１ 膨張吸収材 １２ 冷却パイプ １３ 板体 ２０ 平面部冷却装置 ３０ 炉体 ４０ 炉体角部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に冷却水を流すための通路を有し、
   矩形非鉄製錬炉の煉瓦面に対応させる冷却面を有する非
   鉄製錬炉の冷却装置であって、その冷却面が矩形非鉄製
   錬炉の角部の煉瓦面に対応するＬ字型面に形成されたも
   のである非鉄製錬炉の角部冷却装置。
2. 【請求項２】 外側面を冷却面に対応させたＬ字型面に
   形成した請求項１に記載の非鉄製錬炉の角部冷却装置。
3. 【請求項３】 外側面の端部に冷却用パイプを設けた請
   求項１又は請求項２記載の非鉄製錬炉の角部冷却装置。
4. 【請求項４】 内部に冷却水を流すための通路を有し、
   矩形非鉄製錬炉の平面部の煉瓦面に対応させる冷却面を
   有する非鉄製錬炉の平面部冷却装置であって、外側面の
   端部に沿って冷却用パイプを設けた非鉄製錬炉の平面部
   冷却装置。
5. 【請求項５】 矩形非鉄製錬炉の４か所の角部に対し
   て、少なくともその１か所以上に、角部の煉瓦面と冷却
   面を対応させて請求項１、請求項２又は請求項３に記載
   の非鉄製錬炉の角部冷却装置を配置する非鉄製錬炉の角
   部冷却装置の配置構造。
6. 【請求項６】 矩形非鉄製錬炉の各角部に角部の煉瓦面
   と冷却面を対応させて請求項１、請求項２又は請求項３
   記載の非鉄製錬炉の角部冷却装置を配置し、且つ、非鉄
   製錬炉の平面部には、平面部冷却装置をその冷却面と煉
   瓦面が密着するように配置する非鉄製錬炉の角部冷却装
   置と平面部冷却装置の配置構造。
7. 【請求項７】 角部冷却装置の冷却面と非鉄製錬炉の角
   部の煉瓦面との間に、膨張吸収材を配した請求項５又は
   請求項６に記載の非鉄製錬炉の冷却装置の配置構造。
8. 【請求項８】 角部冷却装置の冷却面と炉体の短手方向
   の煉瓦面との間に配する膨張吸収材の厚さを、角部冷却
   装置の冷却面と炉体の長手方向の煉瓦面との間に配する
   膨張吸収材の厚さより厚くしたものである請求項７に記
   載の非鉄製錬炉の冷却装置の配置構造。