(57)【要約】【課題】炉の装入口の寿命を延長する。【解決手段】炉の装入口に配置される構造体は、第１の材料からなり、前記装入口の上面の少なくとも一部を形成する環状部材（２０）と、前記第１の材料よりも耐熱性が高い第２の材料からなり、前記環状部材の少なくとも一部を被覆する被覆部材（７０）と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉の装入口に配置される構造体であって、
第１の材料からなり、前記装入口の上面の少なくとも一部を形成する環状部材と、
前記第１の材料よりも耐熱性が高い第２の材料からなり、前記環状部材の少なくとも一部を被覆する被覆部材と、
を含むことを特徴とする炉の装入口の構造体。
【請求項２】
前記第２の材料を前記環状部材に肉盛りすることによって、前記環状部材の少なくとも一部が前記被覆部材により被覆されることを特徴とする請求項１に記載の炉の装入口の構造体。
【請求項３】
前記第１の材料は鉄であり、前記第２の材料はニッケル基の超合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の炉の装入口の構造体。
【請求項４】
炉の装入口の上面の少なくとも一部を形成する環状の構造体の補修方法であって、
前記構造体上に第１の材料からなる補修部材を結合する工程と、
前記補修部材の少なくとも一部を、前記第１の材料よりも耐熱性が高い第２の材料で被覆する工程と、
を含むことを特徴とする補修方法。
【請求項５】
前記環状の構造体と前記補修部材は、同一の材料であることを特徴とする請求項４に記載の補修方法。
【請求項６】
前記第２の材料を肉盛りすることにより、前記環状部材の少なくとも一部を第２の材料で被覆することを特徴とする請求項４または５に記載の補修方法。
【請求項７】
前記第１の材料は鉄であり、前記第２の材料はニッケル基の超合金であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉の装入口の構造体およびその補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属製錬たとえば銅製錬の炉において、装入口の補修のための炉の操業停止による減産を抑制するため、装入口の長寿命化が望まれている。
【０００３】
特許文献１には、磨耗による寿命の低下を抑えるために、カワ、白カワまたはカラミに接触する部分をニッケルまたはニッケル合金で肉盛した水冷ジャケット構造物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５７７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
たとえば銅製錬の精製炉の保温・還元時には装入口に炉蓋がされるが、このときの炎（フレーム）によって、レンガを抑えるために装入口に設置されている鉄皮（以後、装入口鉄皮と記載する）が溶損する。装入口鉄皮が溶損すると、レンガがむき出しとなり、装入口に鋳付が付着しやすくなる。装入口に鋳付が付着すると、炉蓋とのシール性が悪化し、保温重油・還元ＬＰＧ原単位が悪化するため、重機によって鋳付を除去することが一般的である。しかしながら、装入口鉄皮が溶損しレンガがむき出しとなった状態で、装入口の鋳付を除去したり、炉内の熔体を排出すると、レンガも損耗してしまう。また、装入口鉄皮は、熱変形することもあり、当該熱変形によっても、炉蓋とのシール性が悪化し、保温重油・還元ＬＰＧ原単位が悪化する。そこで、装入口を補修する作業が定期的に必要となっている。
【０００６】
この装入口を補修する作業は、所定の日数（例えば、１．５年）が経過するたびに、数日間（例えば、１．５日）、炉の操業を停止して行わなければならない。操業停止中は粗銅の精製を行えないため、当該装入口の寿命を延長することによって定期補修の間隔を延長し、減産を抑制することが望ましい。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、炉の装入口の寿命を延長できる炉の装入口の構造体およびその補修方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の炉の装入口に配置される構造体は、第１の材料からなり、前記装入口の上面の少なくとも一部を形成する環状部材と、前記第１の材料よりも耐熱性が高い第２の材料からなり、前記環状部材の少なくとも一部を被覆する被覆部材と、を含んでいる。これによれば、第１の材料からなる環状部材の溶損速度を低下させることができ、装入口の寿命を延長することができるため、炉の操業停止による減産を抑制することができる。
【０００９】
この場合において、前記第２の材料を前記環状部材に肉盛りすることによって、前記環状部材の少なくとも一部が前記被覆部材により被覆されることとしてもよい。かかる場合には、作業性やコストに優れる。また、前記第１の材料は鉄であり、前記第２の材料はニッケル基の超合金であることとしてもよい。かかる場合には、比較的安価な鉄からなる環状部材の一部を、ニッケル基の超合金で被覆するので、コストを抑えることができる。
【００１０】
本発明の炉の装入口の構造体の補修方法は、装入口の上面の少なくとも一部を形成する環状の構造体上に第１の材料からなる部材を結合する工程と、前記部材の少なくとも一部を、前記第１の材料よりも耐熱性が高い第２の材料で被覆する工程と、を含んでいる。これによれば、第１の材料からなる部材の溶損速度を低下させることができ、補修後の装入口の寿命を延長することができるため、炉の操業停止による減産を抑制することができる。
【００１１】
この場合において、前記環状の構造体と前記補修部材とは同一の材料であることとしてもよい。また、前記第２の材料を肉盛りすることにより、前記部材の少なくとも一部を第２の材料で被覆することとしてもよい。かかる場合には、作業性やコストに優れる。また、前記第１の材料は鉄であり、前記第２の材料はニッケル基の超合金であることとしてもよい。かかる場合には、比較的安価な鉄からなる部材の一部を、ニッケル基の超合金で被覆するので、コストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の炉の装入口の構造体およびその補修方法は、炉の装入口の寿命を延長できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（Ａ）は、炉の装入口の一例を示す上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の線Ｘ−Ｘに沿った断面図であり、図１（Ｃ）は補修前の炉の装入口の状態を示す断面図である。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は実施形態に係る炉の装入口の補修方法を説明するための断面図である。
【図３】図３は、比較例に係る炉の装入口の補修方法を説明するための断面図である。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、実施形態に係る炉の装入口の構造体を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、一実施形態に係る炉の装入口の補修方法について、図１（Ａ）〜図２（Ｃ）を用いて詳細に説明する。なお、以後、精製炉を例にして説明を行う。
【００１５】
まず、図１（Ａ）および図１（Ｂ）を用いて、炉の装入口の構造について説明する。図１（Ａ）は新品の炉の装入口の一例を示す上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【００１６】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、炉の装入口１００は、レンガ１０と、装入口鉄皮２０と、を備える。装入口鉄皮２０は、鉄板でできた環状の部材であり、セル５０内に積み上げられたレンガ１０を押さえ、装入口１００の上面の一部を形成するように設置されている。
【００１７】
図１（Ｃ）は、補修前の炉の装入口１００の状態を示す断面図である。精製炉の保温・還元時には、装入口１００には炉蓋がされるが、このときの炎（フレーム）によって、図１（Ｃ）にＡで示すように、装入口鉄皮２０が溶損する。これにより、炉蓋とのシール性が悪化するとともに、レンガ１０がむき出しとなり、装入口に鋳付が付着しやすくなる。この装入口１００への鋳付の付着も、炉蓋とのシール性を悪化させる。炉蓋とのシール性が悪化すると、保温重油・還元ＬＰＧ原単位が悪化するため、重機によって鋳付を除去するが、レンガ１０がむき出しとなった状態で、装入口１００の鋳付を除去したり、炉内の熔体を排出すると、図１（Ｃ）のＢに示すようにレンガが損耗してしまう。さらに、炉蓋と溶損箇所との隙間から炎が噴出し、溶損箇所が他の箇所よりも高熱となるため、装入口鉄皮２０が変形する。このため、定期的（例えば、１．５年おき）に、所定期間（例えば、１．５日間）精製炉の操業を止めて、装入口１００の補修を行う必要がある。
【００１８】
次に、本実施形態にかかる装入口１００の補修方法について説明する。本実施形態にかかる装入口１００の補修方法では、まず、図２（Ａ）に示すように、溶損した装入口鉄皮２０の上に、新しい鉄皮６０をのせて溶接し（図２（Ａ）のＥ）、ボルト８０で結合する。
【００１９】
次に、図２（Ｂ）に示すように、鉄皮６０のうち、保温・還元時に炎が通る部分に、被覆部材７０を肉盛りする。ここで、被覆部材７０には、鉄皮６０の材料（鉄）よりも耐熱性に優れ、鉄皮６０の材料（鉄）と熱膨張率が近い材料を用いる。例えば、被覆部材７０に、鉄よりも耐熱性に優れ、かつ、鉄と熱膨張率が近いニッケル基の超合金を用いる。ニッケル基の超合金としては、例えば、インコネル（登録商標）を用いることができる。
【００２０】
その後、図２（Ｃ）に示すように、損耗したレンガ１０と鉄皮６０との間に、スタットＦを打ち、キャスター補修を行い、装入口１００の補修作業を終了する。
【００２１】
上記の補修方法により補修した場合、装入口１００の鉄皮６０の溶損速度が顕著に低下した。具体的には、幅が２３２ｍｍの鉄皮６０において、約１．８年が経過した場合の溶損幅が２ｍｍであることが確認された。また、装入口１００のレンガ１０の損耗も抑制され、鉄皮６０と同レベルで残っていることが確認された。これにより、装入口１００の寿命が２年以上となると見込まれる。
【００２２】
（比較例）
次に、比較例に係る装入口１００の補修方法について図３を用いて説明する。
【００２３】
比較例に係る装入口１００の補修方法では、まず、装入口鉄皮２０と同じ幅を有する鉄皮９０を、装入口鉄皮２０の上にのせて溶接した後（図３のＥ）、ボルト８０で結合し、補修作業を終了する。
【００２４】
上記の比較例に係る補修方法では、保温・還元時の炎により鉄皮９０が溶損してしまい、１．５年程度経過すると、１．５日程度炉の操業を停止して、また、鉄皮９０上に新たな鉄皮をのせるという補修作業が必要であることが確認された。すなわち、比較例に係る補修方法によれば、装入口１００の寿命が、１．５年程度となる。
【００２５】
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る補修方法は、装入口鉄皮２０に鉄から成る鉄皮６０を結合する工程と、鉄皮６０の少なくとも一部をニッケル基の超合金からなる被覆部材７０で被覆する工程と、を含むので、鉄皮６０の溶損速度を低下させることができ、装入口１００の寿命を２年以上に延長することができる。これにより、精製炉の操業停止による減産を抑制することができる。また、炉蓋とのシール性が良好な状態を維持できるため、保温重油・還元ＬＰＧ原単位が改善される。さらに、保温・還元時に炎と一緒に排出される粉塵飛散が抑制されるため、作業員の作業環境が改善される。
【００２６】
また、本実施形態では、鉄と熱膨張率が近いニッケル基の超合金を被覆部材７０に用いている。ここで、溶損を抑える場合には、安価なタングステンを鉄皮６０にコーティングすることが考えられるが、タングステンと鉄との熱膨張率の差は大きいため変形が生じやすい。これに対し、本実施形態では、鉄と熱膨張率が近いニッケル基の超合金を被覆部材７０として用いるので、熱膨張率の差による変形を抑制することができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、鉄皮６０の一部をニッケル基の超合金で被覆している。ここで、装入口１００の寿命を延長するためには、装入口鉄皮２０に結合する部材として、耐熱性の高い材料（例えば、ニッケル基の超合金）を使用することも考えられるが、高コストであるので、本実施形態のように、鉄皮６０の一部をニッケル基の超合金で被覆することで、コストを抑えつつ、同等の効果を得ることができる。
【００２８】
なお、上記実施形態においては、被覆部材７０を鉄皮６０に肉盛していたが、これに限られるものではない。被覆部材７０を、鉄皮６０に溶射してもよいし、他の方法により、鉄皮６０を被覆部材７０でコーティングしてもよい。しかしながら、作業性やコスト面から、上記実施形態のように肉盛りを行うのが好適である。
【００２９】
なお、上記実施形態では、装入口１００の装入口鉄皮２０に鉄皮６０を結合し、鉄皮６０の一部に被覆部材７０を肉盛りする補修方法について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図４（Ａ）に示すように、環状の装入口鉄皮２０と、被覆部材７０とからなる構造体２００を、新品の炉の装入口１００に設けてもよい。この場合、被覆部材７０は、例えば、ニッケル基の超合金からなり、装入口鉄皮２０の一部を覆うように肉盛される。具体的には、装入口鉄皮２０のうち、保温・還元時に炎が通る部分に被覆部材７０を肉盛りする。
【００３０】
また、図４（Ｂ）に示すように、新品の炉の装入口１００において、装入口鉄皮２０に、溶接およびボルト８０によって鉄皮６０を結合し、鉄皮６０の一部を被覆部材７０で被覆してもよい。また、被覆部材７０は、例えば、ニッケル基の超合金からなり、鉄皮６０のうち、保温・還元時に炎が通る部分に肉盛りすればよい。
【００３１】
このようにすることで、構造体２００における装入口鉄皮２０の溶損速度を低下させることができる。具体的には、上記実施形態と同様、装入口１００の寿命を２年以上とすることができる。これにより、精製炉の操業停止による減産を抑制することができる。また、炉蓋とのシール性が良好な状態を維持できるため、保温重油・還元ＬＰＧ原単位が改善される。さらに、保温・還元時に炎と一緒に排出される粉塵飛散が抑制されるため、作業員の作業環境が改善される。
【００３２】
なお、上記実施形態では、装入口鉄皮２０、または鉄皮６０を被覆する被覆部材７０にニッケル基の超合金を用いていたが、これに限られるものではない。被覆部材７０の材料としては、溶損しない程度の耐熱性があり、割れ難く、熱膨張率が鉄に近いものであればよい。
【００３３】
なお、上記実施形態では、精製炉の装入口について説明したが、これに限られるものではない。高温の熔体と接触し、鉄皮が溶損する可能性がある炉の装入口（例えば、転炉の装入口）にも適用可能である。
【００３４】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これ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内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  レンガ
２０  装入口鉄皮
６０  鉄皮
７０  被覆部材
１００  装入口
２００  構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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