(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自溶炉のセットラ天井部に設けられ、かつ前記セットラ天井部を支持するＨ鋼に接触し、銅製またはステンレス鋼製であり、かつ前記Ｈ鋼を冷却する冷却部材を備えたことを特徴とする自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項２】
前記冷却部材は前記Ｈ鋼のウェブ部の炉内側の面に接触して配置された請求項１記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項３】
前記冷却部材は、前記Ｈ鋼のフランジ部の炉内側に接触して配置された請求項１または２記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項４】
前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管を有する請求項１乃至３のいずれか一項記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項５】
前記冷却部材は、前記Ｈ鋼に接触する放熱板と、
前記放熱板に接触し、かつ、内部を冷却水が流通する冷却水管と、
を有する請求項１乃至４のいずれか一項記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項６】
前記Ｈ鋼のウェブ部の炉内側の面に接触して配置された前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管であり、
前記Ｈ鋼のフランジ部の炉内側に接触して配置された前記冷却部材は、前記Ｈ鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管である請求項１記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項７】
前記放熱板は前記Ｈ鋼へタップ溶接により接合された請求項５または６記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項８】
前記放熱板を銅製とした請求項５乃至７記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項９】
前記冷却水管を銅製とした請求項４乃至８のいずれか一項記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項１０】
前記Ｈ鋼のウェブ部よりも炉内側に３本の前記冷却水管を有する請求項４乃至９のいずれか一項記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体。
【請求項１１】
自溶炉のセットラ天井部に設けられ、かつ前記セットラ天井部を支持するＨ鋼に、銅製またはステンレス鋼製の冷却部材を接触させ、かつ前記Ｈ鋼を冷却することを特徴とする自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却方法。
【請求項１２】
前記Ｈ鋼のウェブ部の炉内側の面に接触した前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管であり、
前記Ｈ鋼のフランジ部の炉内側に接触した前記冷却部材は、前記Ｈ鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管である請求項１１記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却方法。
【請求項１３】
前記冷却水管及び前記放熱板を銅製とした請求項１２記載の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自溶炉のセットラ天井部を支持するＨ鋼の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。このような自溶炉１は、図１に示すように、反応シャフト２、セットラ３、アップテイク４から構成され、反応シャフト２には１〜３本の精鉱バーナ５が備えられている。精鉱は精鉱バーナ５によって炉内に吹き込まれる。
【０００３】
このような自溶炉では銅の製錬工程上、熱の発生が避けられない。特に、近年の銅生産量の増加要求に伴い、高負荷での操業が必要となり、その発生する熱量も上昇することとなった。このため、自溶炉を構成する耐熱レンガ等の耐火材の劣化進行が早まることとなっていた。これに対し、耐火材の劣化進行を抑制する技術が特許文献１乃至５に開示されている。
【０００４】
特許文献１には、自溶炉の反応シャフトの天井部に配置された精鉱バーナ付近の点検孔に装着する水冷ジャケット構造が示されている。特許文献２には、自溶炉本体からマットまたはスラグを抜き出すためのタップホールの冷却構造が示されている。特許文献３には、自溶炉のシャフト近傍に位置するセットラの三角天井部に、冷却水の流れるパイプ部材を鋳込んだ銅製の水冷ジャケットを吊り下げ支持した炉体水冷構造が示されている。特許文献４には、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に水冷ジャケットを吊り下げ支持した自溶炉の炉体冷却構造が示されている。特許文献５には、自溶炉のシャフト直下のスラグ層が生成する領域の耐火物を冷却する炉体水冷ジャケットが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６２４０１号公報
【特許文献２】特許第４３５０１１９号公報
【特許文献３】特開２００８−２０２９２３号公報
【特許文献４】特許第４１８７７５２号公報
【特許文献５】特許第４０６４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、自溶炉のセットラ天井部は数本のＨ鋼を掛け渡すことにより支持されている。自溶炉内で精鉱が反応し熱が発生すると、セットラ天井部にも熱の影響が現われる。セットラ天井部が熱を受けることにより、セットラ天井部を支持するＨ鋼も熱負荷の影響を受け、損耗、変形する。このようにＨ鋼が熱を受け、損耗、変形すると、隣接する耐火材が脱落してしまうことが考えられ、耐火材が脱落することにより、自溶炉の操業を停止する必要がある。さらには、自溶炉内の排ガスが漏洩することも考えられ、環境汚染に対する配慮も必要となる。従来では、このようなＨ鋼の損耗、変形の影響を考慮すると、Ｈ鋼を２〜３年の周期で交換することを余儀なくされており、Ｈ鋼の交換にかかる材料費、作業費のコストがかかっていた。このような問題に対し、上記の特許文献にはセットラ天井部、特に、セットラ天井部を支持するＨ鋼の冷却に関する点は考慮されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、セットラ天井部を支持するＨ鋼を冷却することにより、Ｈ鋼の損耗、変形を抑制し、Ｈ鋼の寿命を延長することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決する本発明の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体は、自溶炉のセットラ天井部に設けられ、かつ前記セットラ天井部を支持するＨ鋼に接触し、銅製またはステンレス鋼製であり、かつ前記Ｈ鋼を冷却する冷却部材を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は前記Ｈ鋼のウェブ部の炉内側の面に接触して配置された構成とすることができる。
【００１０】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は、前記Ｈ鋼のフランジ部の炉内側に接触して配置された構成とすることができる。
【００１１】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管を有する構成とすることができる。
【００１２】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記冷却部材は、前記Ｈ鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ、内部を冷却水が流通する冷却水管と、を有する構成とすることができる。
【００１３】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記Ｈ鋼のウェブ部の炉内側の面に接触して配置された前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管であり、前記Ｈ鋼のフランジ部の炉内側に接触して配置された前記冷却部材は、前記Ｈ鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管であるような構成とすることができる。
【００１４】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記放熱板は前記Ｈ鋼へタップ溶接により接合した構成とすることができる。
【００１５】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記放熱板を銅製とすることができる。また、上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造において、前記冷却水管を銅製とすることができる。
【００１６】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却構造体において、前記Ｈ鋼のウェブ部よりも炉内側に３本の前記冷却水管を有する構成とすることができる。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却方法は、自溶炉のセットラ天井部に設けられ、かつ前記セットラ天井部を支持するＨ鋼に、銅製またはステンレス鋼製の冷却部材を接触させ、かつ前記Ｈ鋼を冷却することを特徴とする。
【００１８】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却方法において、前記Ｈ鋼のウェブ部の炉内側の面に接触した前記冷却部材は、内部を冷却水が流通する冷却水管であり、前記Ｈ鋼のフランジ部の炉内側に接触した前記冷却部材は、前記Ｈ鋼に接触する放熱板と、前記放熱板に接触し、かつ内部を冷却水が流通する冷却水管とする方法とすることができる。
【００１９】
上記自溶炉のセットラ天井部におけるＨ鋼の冷却方法において、前記冷却水管及び前記放熱板を銅製とする方法とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の自溶炉の天井部におけるＨ鋼の冷却構造体は、セットラ天井部を支持するＨ鋼を冷却することにより、Ｈ鋼の損耗、変形を抑制し、Ｈ鋼の寿命を延長することができる。より詳細には、
（１）Ｈ鋼に冷却部材を接触させることにより、Ｈ鋼から直接奪取する熱量を増加し、Ｈ鋼の冷却を促進することができる。
（２）冷却部材をＨ鋼の炉内側に配置することにより、熱源に近いＨ鋼の炉内側を冷却することができる。
（３）内部を冷却水が流通する冷却水管を有する構成とすることにより、冷却水がＨ鋼の熱を奪取するため、Ｈ鋼の高温化を抑制できる。
（４）放熱板をＨ鋼に接触させる構成とすることにより、接触面積が大きい放熱板がＨ鋼から熱を奪取するため、Ｈ鋼の冷却効果を向上できる。
（５）冷却部材として熱伝導性に優れた銅を用いることにより、Ｈ鋼の冷却効果を向上できる。
（６）熱源に近いＨ鋼の炉内側は熱伝導性の高い銅を用いて、高い冷却性能を有し、熱源から遠いＨ鋼の炉外側は強度が高く、安価なステンレス鋼を用い、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術の自溶炉の概略構成を示した説明図である。
【図２】本実施例のＨ鋼の冷却構造体を備える自溶炉の概略構成を示した説明図であって、（ａ）は自溶炉の平面図を示し、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図を示している。
【図３】セットラの天井部を示した説明図である。
【図４】Ｈ鋼を示した説明図である。
【図５】Ｈ鋼の冷却構造体を示した断面図である。
【図６】比較例のＨ鋼の冷却構造体を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本実施例における装置の構成について図面を参照しつつ説明する。図２は本実施例のＨ鋼の冷却構造体を備える自溶炉１０の概略構成を示した説明図である。図２（ａ）は自溶炉１０の平面図であって、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図である。
【００２４】
自溶炉１０は、例えば、銅製錬の自溶炉である。図２に示すように、自溶炉１０は、反応シャフト２０、セットラ３０、アップテイク４０を備えている。反応シャフト２０の上部には精鉱バーナ５０が備えられており、精鉱バーナ５０から反応シャフト２０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２０内で混合して瞬間的に反応し、セットラ３０内において層状のマットとスラグに分離する。
【００２５】
ところで、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いる。セットラ３０の天井部６０は、このようなレンガを支持するために、アーチ状のＳＳ４００製のＨ鋼７０が６本掛け渡されている。さらに、自溶炉１０はこのＨ鋼７０を冷却する冷却構造体８０を備えている。
【００２６】
図３はセットラ３０の天井部６０を示した説明図である。図４はＨ鋼７０を示した説明図である。図５はＨ鋼７０の冷却構造体８０を示した断面図である。図６は比較例のＨ鋼７０の冷却構造体９０を示した断面図である。
【００２７】
図３に示すように、セットラ３０の天井部は６本のＨ鋼７０により支持される。Ｈ鋼７０の間には耐熱性のレンガが詰め込まれている。最も反応シャフト２０側に位置するＨ鋼７０と、最もアップテイク４０側に位置するＨ鋼７０との間はおよそ６２００ｍｍ離れている。
【００２８】
図４のＨ鋼７０は図３の矢印Ｂの方向からみた場合を示している。図４に示すように、Ｈ鋼７０はアーチ状の構造をしている。また、以下説明する冷却構造体８０もこのＨ鋼７０のアーチ状構造に沿うようにアーチ状の形状となっている。
【００２９】
ここで、図５を参照し、冷却構造体８０について詳細に説明する。Ｈ鋼７０は、ウェブ部７１が横向きとなるように配置されている。Ｈ鋼７０は厚さ２２ｍｍの一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）から成り、Ｈ鋼７０の断面は、高さ４５０ｍｍ、幅２５０ｍｍである。
【００３０】
冷却構造体８０は冷却部材を備え、冷却部材は、後述する冷却水管８１、８３及び放熱板８２から構成され、Ｈ鋼７０の内側の面に接触するように配置され、Ｈ鋼７０のウェブ部７１では両面に配置されている。
【００３１】
次に、冷却部材を詳細に説明する。Ｈ鋼７０のウェブ部７１よりもセットラ３０の中心側、すなわち、ウェブ部７１よりも下側に３本の銅製の冷却水管（銅管）８１が配置されている。銅管８１の１つはウェブ部７１の下面に接触して配置されている。残りの銅管８１は、フランジ部７２に接触する放熱板８２に接触して配置されている。これらの銅管８１は、外径３２ｍｍ、厚さ６ｍｍであり、また、放熱板８２も銅製である。銅管８１、及び放熱板８２はＨ鋼７０のアーチ形状に沿ったアーチ状の形状をしている。また、放熱板８２はＨ鋼７０のフランジ部７２にタップ溶接で施工されている。本発明のように大型のアーチ型をした特殊な形状部分では、銅製の放熱板８２とＳＵＳ製のＨ鋼７０をフル溶接する場合に比べ、製作が容易となり、製作時間が短く済み、製作費が安価となり、十分に機械的強度が得られるという点に利点を有している。
【００３２】
一方、Ｈ鋼７０のウェブ部７１よりもセットラ３０の外周側、すなわち、ウェブ部７１よりも上側に３本のステンレス製の冷却水管（ステンレス管、例えばＳＵＳ３０４）８３が配置されている。ステンレス管８３はいずれもウェブ部７１に接触するように配置されている。ステンレス管８３は外径３４ｍｍ、厚さ６．４ｍｍであり、ステンレス管８３はＨ鋼７０のアーチ形状に沿ったアーチ状の形状をしている。
【００３３】
さらに、Ｈ鋼７０に銅管８１、放熱板８２、ステンレス管８３を配置したうえで、その隙間に耐火物７３が充填されている。耐火物７３は、スラグより融点が高く、熱膨張性が小さい物質が好ましく、放熱特性、硬度、耐摩耗性、耐食性、高温強度性、耐熱衝撃性など多くの機能特性を備えたアルミナ系のキャスタブル、例えば、アルミナ・クロミア質が好ましい。また、主成分がＭｇＯのものなども利用することができる。
【００３４】
このような冷却構造体８０の銅管８１、ステンレス管８３は、管の内部を冷却水が通るよう構成されている。銅管８１、ステンレス管８３の内部を通る冷却水は、流入温度２５〜３５℃、流入速度２３ｍ／ｓであり、排出される冷却水は、排出温度３５〜４５℃、流出速度２３ｍ／ｓである。また、冷却水の流量は３３Ｌ／ｍｉｎである。
【００３５】
次に、比較例の冷却構造体９０について説明する。図６に示すように、冷却構造体９０では、放熱板９２を備えた銅製の冷却水管９１が、Ｈ鋼７０に接触しないで配置されている。そして、実施例の冷却構造体８０と同様に、Ｈ鋼７０と冷却構造体９０の隙間には耐火物７３が充填されている。
【００３６】
本実施例の冷却構造体８０の場合、冷却部材、すなわち、銅管８１、放熱板８２がＨ鋼７０に接触しているため、接触をしていない比較例と比べ、Ｈ鋼７０からの熱伝達が向上する。したがって、実施例の冷却構造体８０は比較例に比べて、Ｈ鋼７０の冷却効果が優れている。
【００３７】
本実施例における自溶炉１０のＨ鋼７０の冷却構造体８０は以下の効果を奏する。
（１）Ｈ鋼に冷却部材を接触させることにより、Ｈ鋼から直接熱を奪い、Ｈ鋼の冷却を促進する。
（２）冷却部材をＨ鋼の炉内側に配置することにより、熱源に近いＨ鋼の炉内側を冷却する。
（３）冷却水管（銅管８１、ステンレス管８３）の内部を冷却水が流通することにより、冷却水がＨ鋼の熱を奪い、Ｈ鋼が冷却される。
（４）Ｈ鋼７０の熱が放熱板８２へ伝達するため、Ｈ鋼７０の高温化を抑制できる。
（５）炉内側の冷却配管を熱伝導性に優れた銅管８１とすることにより、Ｈ鋼７０の冷却効果を向上する。
（１）〜（５）の効果により、Ｈ鋼７０の高温化を抑制し、Ｈ鋼７０の損耗、変形を抑え、Ｈ鋼７０の寿命を延長することができる。このような冷却構造体８０を取り入れたことにより、Ｈ鋼７０は５〜６年維持できると試算することができる。これにより、Ｈ鋼の交換にかかるコストを削減する。また、Ｈ鋼７０の損耗、変形が抑制されることにより、レンガの脱落が防止されるため、自溶炉の停止回数が減り、稼働率を向上する。また、ガス漏れが防止でき、環境事故を未然に防ぐことができる。
【００３８】
さらに、熱源に近いＨ鋼７０の炉内側は熱伝導性の高い銅を用いて、高い冷却性能を有する一方、熱源から遠いＨ鋼７０の炉外側は強度が高く、安価なステンレス鋼を用い、コストを低減する。ステンレス製の管は同径の銅製の管に比べ、例えば、銅管２本が６５（万円）に対してステンレス管２本は３１（万円）と半価程度であるため、コストを削減できる利点がある。
【００３９】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【００４０】
例えば、本実施例の他の例として、上記のステンレス管８３を銅管８１としてもよい。また、Ｈ鋼７０のウェブ部７１よりもセットラ３０の外周側、すなわち、Ｈ鋼７０のウェブ部７１の上側に放熱板８２を配置してもよい。この場合も、放熱板８２はＨ鋼７０に接触させる。これらの構成とすることにより、更なる冷却効果が期待できる。
【符号の説明】
【００４１】
１、１０  自溶炉
２、２０  反応シャフト
３、３０  セットラ
４、４０  アップテイク
５、５０  精鉱バーナ
７０  Ｈ鋼
７１  ウェブ部
７２  フランジ部
７３  耐火物
８０  冷却構造体
８１  冷却水管（銅管）
８２  放熱板
８３  冷却水管（ステンレス管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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