(57)【要約】【課題】シェルやタップホール枠の変形を防止し、タップホール枠の部分的な破損やタップホール以外に湯の通り道が形成されるのを防止できるようにした金属精錬炉のタップホール構造を提供する。【解決手段】炉内壁を構成する耐火物炉内耐火物４を保持すると共に、内部に炉内耐火物４を冷却するための冷却水を循環させる冷却管３２が内部に配置された水冷ジャケット３にタップホール枠５を固定して水冷ジャケット３とタップホール枠５を一体化し、水冷ジャケット３及びタップホール枠５をシェル２に接続しない構造にしたので、耐火レンガ５０，５０の膨張に伴うシェル２やタップホール枠５等の損傷を防止でき、且つ、湯漏れ等の発生を防止できる。【選択図】図１
2019135429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マットやスラグ等の溶湯を炉内から取り出すための金属精錬炉のタップホール構造において、
炉内壁を構成する耐火物を保持すると共に、内部に前記耐火物を冷却するための冷却水を循環させる冷却管が配置された水冷ジャケットに前記溶湯を抜き出すためのタップホールが形成されるタップホール枠を固定することより、前記水冷ジャケットと前記タップホール枠を一体構造とし、前記水冷ジャケット及び前記タップホール枠は前記金属精錬炉を形成するシェルとは直接接続しないようにしたことを特徴とする金属精錬炉のタップホール構造。
【請求項２】
請求項１に記載の金属精錬炉のタップホール構造において、
前記水冷ジャケット及び前記タップホール枠は、前記シェルとは所定の間隔を有して配置されていることを特徴とする金属精錬炉のタップホール構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の金属精錬炉のタップホール構造において、
前記タップホールの位置を監視するセンサを備えていることを特徴とする金属精錬炉のタップホール構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の金属精錬炉のタップホール構造において、
前記タップホールを介して炉内から取り出された溶湯を案内する樋であって、当該タップホールの位置ズレに合わせて位置調整ができるように可動可能とした樋をさらに備えていることを特徴とする金属精錬炉のタップホール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属精錬炉のタップホール構造に関し、さらに詳しくは、例えば、銅精錬における自溶炉をはじめとする金属精錬炉からマットやスラグ等の溶湯を抜き出すための金属精錬炉のタップホール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属精錬における金属精錬炉、例えば、銅精錬における自溶炉１００は、図６に示すように、反応シャフト１０１、セットラ１０２及びアップテイク１０３から構成され、反応シャフト１０１には１〜３本の精鉱バーナ１０４，１０４が設けられている。そして、精鉱を酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に吹き込んで瞬間的に化学反応を起こさせ、比重差によってマットとスラグに分離する。自溶炉１００は精鉱の酸化反応熱を利用するため他の方法より燃料消費率が低いという特徴があるが、処理する原料の品位、組成によっては、酸化反応熱だけでは熱量が不足することもあるため、精鉱バーナ１０４，１０４から重油等で助燃することもある。
【０００３】
マットには、通常、銅が６０〜７０％含まれており、このマットは自溶炉１００の底部近傍に複数連設して設けられたマットタップホール１０５，１０５から抜き出される。一方、スラグには１％前後の銅が含まれているためアップテイク１０３の下部側に設けられたスラグタップホール１０６からスラグを抜き出して錬かん炉１２０へ送って錬かんし、スラグに含まれる銅をマットとして回収し、自溶炉１００から抜き出されたマットとあわせて転炉で処理する。そして、電解精製によってさらに品位の高い電気銅が製造される。
【０００４】
図７は従来のタップホール構造を示し、（ａ）は正常時のタップホール部のレンガの設置状態を示す断面図、（ｂ）はタップホール部のレンガの配列が乱れた異常な状態を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、自溶炉１００の炉壁は、鋼材等で構成されたシェル１０７の内側に不定形耐火物１０８を介在させ、不定形耐火物１０８を挟んで内側に水冷ジャケット１０９を配置した構造とされている。そして、水冷ジャケット１０９の炉内側には炉内耐火物１１２が積層されて炉内壁が形成されている。また、水冷ジャケット１０９の中央には開口部が形成されており、この開口部に相対する位置のシェル１０７にも開口部が設けられている。そして、シェル１０７には開口部を囲繞するようにして鋼材等の金属材料によって形成された角筒状のタップホール枠１１０が取り付けられている。タップホール枠１１０の内部には耐火物１１１が充填され、この耐火物１１１を穿設するようにしてタップホール１０５が形成されている。
【０００５】
近年の自溶炉における銅精錬にあっては、１炉あたりの処理量が従来の約２倍の処理を行う高負荷操業へと移行してきている。自溶炉における高負荷操業においては、水冷ジャケットや耐火物の溶損進行が早く、水冷ジャケットや耐火物の取り替えを頻繁に行う必要が生じ、操業効率が低下する等の問題が生じている。そこで、水冷ジャケット及び耐火物の取り替えを長期にわたって不要とする炉体冷却構造や炉体冷却方法等が開発されている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１１１４７３号公報
【特許文献２】特許第５４４１５９３号公報
【特許文献３】特許第５５１１６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自溶炉をはじめとする銅精錬炉において高温条件での操業や冷間補修の実施が繰り返されると、耐火物の残存線膨張による経年的な膨張は避けられず、耐火物の膨張が進行する。耐火物の膨張が進行すると炉体の歪みや塑性変形の原因となる。特に、タップホール周辺は一定周期でマットやスラグ等の溶湯を炉内から取り出すため、溶湯の流れによる耐火物の損耗、溶損が進行しやすい。そして、管理範囲を超過して損耗、溶損が進行すると、湯漏れリスクが増大することとなる。
【０００８】
具体的には、炉内耐火物１１２の膨張によって、例えば、マットタップホール１０５の近傍で炉内耐火物１１２の膨張、変形、配置のズレ等が発生するとタップホール１０５を構成するレンガの配置が乱れ、シェル１０７とタップホール枠１１０の接合部分に大きな負荷が生じて変形し、部分的な破損（矢印Ａ部）が生じる。部分的な破損が生じると、通常は、図７（ａ）に示すＸ方向に湯が流れるのに対して、図７（ｂ）に示すＢ方向のように、マットタップホール１０５以外に湯の通り道が形成されてしまい、湯漏れのリスクが高くなる。尚、スラグタップホール１０６も同様である。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、耐火物の膨張、変形、配置のズレ等によってシェルやタップホール枠が変形した場合であっても湯漏れのリスクを軽減することが可能な金属精錬炉のタップホール構造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】
【００１０】
上記課題を解決するため請求項１に記載の本発明は、マットやスラグ等の溶湯を炉内から取り出すための金属精錬炉のタップホール構造において、炉内壁を構成する耐火物を保持すると共に、内部に前記耐火物を冷却するための冷却水を循環させる冷却管が配置された水冷ジャケットに前記溶湯を抜き出すためのタップホールが形成されるタップホール枠を固定することより、前記水冷ジャケットと前記タップホール枠を一体構造とし、前記水冷ジャケット及び前記タップホール枠は前記金属精錬炉を形成するシェルとは直接接続しないようにしたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するため請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の金属精錬炉のタップホール構造において、前記水冷ジャケット及び前記タップホール枠は、前記シェルとは所定の間隔を有して配置されていることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するため請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の金属精錬炉のタップホール構造において、前記タップホールの位置を監視するセンサを備えていることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するため請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属精錬炉のタップホール構造において、前記タップホールを介して炉内から取り出された溶湯を案内する樋であって、当該タップホールの位置ズレに合わせて位置調整ができるように可動可能とした樋をさらに備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る金属精錬炉のタップホール構造によれば、タップホール枠とシェルを固定せずに分離したことにより、タップホール枠に対する負荷の発生を抑制し、タップホールを構成するレンガの配置の乱れを防止してシェルとタップホール枠の部分的な破損やタップホール以外に湯の通り道が形成されるのを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明に係る金属精錬炉のタップホール構造の一実施形態の斜視図、（ｂ）はその正面図である。
【図２】水冷ジャケットとその周辺構成を示す断面図である。
【図３】水冷ジャケットの詳細を示す正面図である。
【図４】タップホール枠と水冷ジャケットの取り付け状態を示す断面図である。
【図５】タップホールに対する変位センサの配置を示す模式図である。
【図６】従来の自溶炉の構造を示す断面図である。
【図７】従来のタップホール構造を示し、（ａ）は正常時のタップホール部のレンガの設置状態を示す断面図、（ｂ）はタップホール部のレンガの配列が乱れた異常な状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る金属精錬炉のタップホール構造について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に係る金属精錬炉のタップホール構造の一実施形態の斜視図、（ｂ）はその正面図、図２は水冷ジャケットとその周辺構成を示す断面図、図３は水冷ジャケットの詳細を示す正面図、図４はタップホール枠と水冷ジャケットの取り付け状態を示す断面図である。以下においては、自溶炉１の構成の一部を示し、これに基づいてタップホール構造について説明する。
【００１７】
図示されたタップホール構造は、概略として、自溶炉１の炉壁の外側を形成しているシェル（「缶体」ともいう。）２と、シェル２の内側に配設された水冷ジャケット３と、水冷ジャケット３の内側（炉内側）に配置されると共に水冷ジャケット３により冷却される炉内耐火物４と、水冷ジャケット３に設けられた開口部３１の周囲を囲繞するようにして取り付けられた角筒状のタップホール枠５と、炉内に通じるようにしてタップホール枠５の内部に形成されたタップホール６を備えて構成されている。尚、図１においては、内部の水冷ジャケット３を示すためにシェル２を破線で示している。
【００１８】
シェル２は、鋼材等の金属材料によって形成され、自溶炉１の炉体を構成する。シェル２の外壁面の所定箇所には、シェル２内の所定箇所に配置される後述する水冷ジャケット３に設けられた開口部３１に対応する位置に開口部２１が設けられている。そして、シェル２に設けられた開口部２１から後述する水冷ジャケット３に一体に取り付けられたタップホール枠５がシェル２の外側に延伸される。この場合、図４に示すように、水冷ジャケット３及びタップホール枠５はシェル２に固定されることなく配置される。このように、水冷ジャケット３及びタップホール枠５とシェル２とを固定することなく相対的に可動可能とすることにより、後述する炉内耐火物４やタップホール枠５内の耐火レンガ５０，５０の膨張等による歪みや応力の発生によるタップホール枠の部分的な破損やタップホール以外に湯の通り道が形成されるのを防止している。尚、シェル２の開口部２１はタップホール枠５が炉内耐火物４やタップホール枠５内の耐火レンガ５０，５０の膨張等による歪みによって移動することを許容する程度の大きさに開口されていることはいうまでもない。
【００１９】
水冷ジャケット３は、内部に冷却水を循環させる複数の冷却管３２，３２を備えた本体３０と、本体３０の炉内側の表面に設けられた複数のリブ３５，３５を備えて構成されている。そして、水冷ジャケット３の中央には、図３に示すように、開口部３１が形成されており、各冷却管３２，３２は開口部３１の周囲を取り巻くようにして配置されている。各冷却管３２，３２の一端側にはそれぞれ冷却水を供給するための給水口３３，３３が設けられ、また、その他端側には冷却水を排出するための排水口３４，３４が設けられている。水冷ジャケット３の炉内側の表面に設けられた複数のリブ３５，３５（図１及び図２参照）はジャケット本体３０と一体とされて所定間隔に配置されている。このリブ３５，３５に耐火レンガ等を積層して構成される炉内耐火物４が配置されている。炉内耐火物４によって水冷ジャケット３の表面が覆われており、炉熱により水冷ジャケット３が損傷するのを防止している。尚、水冷ジャケット３は熱伝導率の高い、例えば、銅のような金属で形成することが好ましい。
【００２０】
タップホール枠５は、水冷ジャケット３に設けられた開口部３１を取り囲むようにして取り付けられた内部が空洞の角筒状の部材である。タップホール枠５は、鋼材等の金属性材料によって形成され、タップホール枠５の先端側の周囲に形成された鍔部５１を水冷ジャケット３の炉外側の表面に当接させ、且つ、図３に示す水冷ジャケット３の開口部３１に合致させた後、複数のボルト７，７によって水冷ジャケット３に固定される。そして、タップホール枠５の内部には、複数の耐火レンガ５０，５０が充填され、その中心部に湯を抜き出すための貫通孔であるタップホール６が形成されている。尚、タップホール枠５の外形形状は角筒状に限定されるものではない。
【００２１】
このように、タップホール枠５の一端を水冷ジャケット３に固定することによりタップホール枠５と水冷ジャケット３を一体構造とすることで、タップホール枠５をシェル２に固定することなく設置することが可能になる。そして、シェル２と水冷ジャケット３との間には不定形耐火物を介在させていないことから炉内耐火物４や耐火レンガ５０，５０が膨張しても水冷ジャケット３及びタップホール枠５はシェル２とは切り離された状態で移動（変形）するためタップホール枠５とシェル２との間に応力が発生することがないので、耐火レンガ５０，５０の割れやシェル２の変形に基づく湯漏れ等のトラブルの発生を防止することが可能となる。また、シェル２と水冷ジャケット３との間に不定形耐火物を介在させないことで放熱効果が高まり、水冷ジャケット３へ流すべき冷却水の水量を低減することができる。尚、タップホール６からはマットＭまたはスラグが排出されるが、このマットＭまたはスラグは、図５に示すように、タップホール６の近傍に配置された樋９を介して所定の場所へ移送される。また、水冷ジャケット３及びタップホール枠５とシェル２との間は若干の隙間を設けることが好ましいが、シェル２との間で相対的な移動が可能であれば水冷ジャケット３とシェル２とは接触していてもよい。
【００２２】
ところで、上述のように、水冷ジャケット３及びタップホール枠５とシェル２を固定することなく分離させた状態で両者を配置した構成とした場合であっても、炉内耐火物４や耐火レンガ５０，５０の熱膨張の影響を回避することは困難である。そして、水冷ジャケット３及びタップホール枠５の移動（変形）によってタップホール６の位置が当初の場所から大幅に位置ズレしたような場合には溶湯が正しく樋９に流れ込まず、溶湯の飛散が発生することが考えられる。そのため、タップホール６（又は、タップホール枠５）の位置ズレを定期的に測定又は監視し、必要に応じて樋９とタップホール６の相対位置を適正に保つことが必要となる。そこで、本実施形態ではさらに図５に示すように、タップホール６に対向する所定の箇所に変位センサ８を設置してタップホール６の上下、左右の移動量を計測し、角度ズレや位置ズレを監視することとしている。変位センサ８は、自溶炉１が収容される建屋の床や柱などを利用することにより移動しない定点に設けることが好ましい。変位センサ８は角度ズレや位置ズレを検知し、その変化量を距離に変換するためのものであるが、本発明においては、高温雰囲気で使用可能なタイプを選択する必要がある。具体的には、レーザフォーカス式、超音波式、三角測距等の非接触式が推奨される。そして、タップホール６が横方向に位置ズレを起こすと溶湯が樋９に正しく流入せず、上方向に位置ズレを起こすと溶湯の飛沫が増加し、下方向に位置ズレを起こすと溶湯が安定して流れないことになるので、樋９は予め位置調整ができるように上下方向及び左右方向のいずれの方向にも可動可能に形成されており、タップホール６の位置ズレに対応することができるようになっている。
【００２３】
以上のように、本実施形態に係る金属精錬炉のタップホール構造によれば、炉内壁を構成する炉内耐火物４を保持すると共に、内部に炉内耐火物４を冷却するための冷却水を循環させる冷却管３２が内部に配置された水冷ジャケット３にタップホール枠５を固定して水冷ジャケット３とタップホール枠５を一体構造とし、水冷ジャケット３及びタップホール枠５はシェル２とは直接接続しないようしたので、炉内耐火物４の膨張、変形、位置のズレに伴う、タップホール内の耐火レンガ５０やシェル２やタップホール枠５の損傷を防止でき、且つ、湯漏れの発生を防止することができるという効果がある。
【００２４】
また、本実施形態に係る金属精錬炉のタップホール構造によれば、水冷ジャケット３及びタップホール枠５は、シェル２とは所定の間隔を有するように配置したので、炉内耐火物４や耐火レンガ５０，５０の膨張による歪みや応力の発生を防止することができるので、シェル２やタップホール枠５の損傷を防止でき、且つ、湯漏れの発生を防止することができるという効果がある。
【００２５】
さらに、本実施形態に係る金属精錬炉のタップホール構造によれば、タップホール６の位置を変位センサ８で監視するようにしたことにより、樋９とタップホール６が適正位置からズレた場合には直ちに対応を取ることができるので湯漏れの発生を未然に防止することが可能となるという効果がある。
【００２６】
尚、本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１      自溶炉
２      シェル
３      水冷ジャケット
４      炉内耐火物
５      タップホール枠
６      タップホール
７      ボルト
８      変位センサ
９      樋
２１      開口部
３０      本体
３１      開口部
３２      冷却管
３３      給水口
３４      排水口
３５      リブ
５０      耐火レンガ
５１      鍔部
【図１】
2019135429.tif 000003
【図２】
2019135429.tif 000004
【図３】
2019135429.tif 000005
【図４】
2019135429.tif 000006
【図５】
2019135429.tif 000007
【図６】
2019135429.tif 000008
【図７】
2019135429.tif 000009