(57)【要約】【課題】銅製錬転炉における漏風を抑制する。【解決手段】銅製錬転炉は、炉鉄皮の内周壁面に設けられた不定形耐火物層と、前記炉鉄皮及び前記不定形耐火物層を貫通した状態で前記炉鉄皮に装着された羽口パイプと、前記羽口パイプの周囲に設けられた金属リング部材と、前記不定形耐火物層との間に前記金属リング部材を介在させた状態で、前記羽口パイプの周囲に配置された羽口レンガと、を備える。前記金属リング部材は、前記不定形耐火物層に埋設されている。前記羽口パイプは、室温において、前記金属リング部材の開口部との間に隙間を有する外径を有すると共に、前記銅製錬転炉の操業温度域において前記金属リング部材の前記開口部と密着する熱膨張率を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉鉄皮の内周壁面に設けられた不定形耐火物層と、
前記炉鉄皮及び前記不定形耐火物層を貫通した状態で前記炉鉄皮に装着された羽口パイプと、
前記羽口パイプの周囲に設けられた金属リング部材と、
前記不定形耐火物層との間に前記金属リング部材を介在させた状態で、前記羽口パイプの周囲に配置された羽口レンガと、
を備えた銅製錬転炉。
【請求項２】
前記金属リング部材は、前記不定形耐火物層に埋設された請求項１に記載の銅製錬転炉。
【請求項３】
前記羽口パイプは、室温において、前記金属リング部材の開口部との間に隙間を有する外径を有すると共に、前記銅製錬転炉の操業温度域において前記金属リング部材の前記開口部と密着する熱膨張率を有する請求項１又は２に記載の銅製錬転炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅製錬転炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉送風羽口保持金物のガスシール構造（例えば、特許文献１参照）や、高炉羽口部充填材シール構造（例えば、特許文献２）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９１８３８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２４４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、銅製錬において、銅精鉱を自溶炉や反射炉といった溶錬炉で製錬して得たマット（カワ）を粗銅にまで酸化させる工程において、銅製錬転炉が用いられる。銅製錬転炉は、炉鉄皮を貫通し、炉鉄皮の内側において羽口レンガに囲まれて配置された羽口パイプを備えている。羽口パイプは、銅製錬転炉内に貯留されたカワに空気や酸素を吹き込むことで炉内での反応を促進させる。
【０００５】
しかしながら、銅製錬転炉の操業が繰り返し行われると、羽口パイプによって炉内に吹き込まれた空気が、炉鉄皮に設けられた羽口パイプの挿通孔を通じて外部に漏風し易くなる。漏風が生じると、炉内で反応に供される酸素量が減るため、カワ処理時間が長くなり、処理効率が低下する。特許文献１や特許文献２は、このような現象を改善するものとはなっていない。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、銅製錬転炉における漏風を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の銅製錬転炉は、炉鉄皮の内周壁面に設けられた不定形耐火物層と、前記炉鉄皮及び前記不定形耐火物層を貫通した状態で前記炉鉄皮に装着された羽口パイプと、前記羽口パイプの周囲に設けられた金属リング部材と、前記不定形耐火物層との間に前記金属リング部材を介在させた状態で、前記羽口パイプの周囲に配置された羽口レンガと、を備えている。
【０００８】
この場合において、前記金属リング部材は、前記不定形耐火物層に埋設してもよい。また、羽口パイプは、室温において、前記金属リング部材の開口部との間に隙間を有する外径を有すると共に、前記銅製錬転炉の操業温度域において前記金属リング部材の前記開口部と密着する熱膨張率を有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、銅製錬転炉における漏風を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は実施形態の銅製錬転炉の概略構成を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は実施形態の銅製錬転炉の羽口パイプの周辺を拡大して示す説明図である。
【図３】図３は金属リング部材の平面図である。
【図４】図４は銅製錬転炉を用いた操業工程を示す説明図である。
【図５】図５（Ａ）は比較例の銅製錬転炉の羽口パイプの周辺を拡大して示す説明図であり、図５（Ｂ）は比較例の銅製錬転炉において漏風が生じる様子を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は実験結果に基づいて得られた自溶炉カワＣｕ品位とカワ処理時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態に係る銅製錬転炉１について、図１〜図６に基づいて、詳細に説明する。図１は、実施形態に係る銅製錬転炉１の構成を概略的に示す図である。
【００１２】
（実施形態）
【００１３】
実施形態の銅製錬転炉（以下、「転炉」という）１は、銅製錬において、銅精鉱を自溶炉や反射炉といった溶錬炉で製錬して得たマット（カワ）を粗銅にまで酸化させる工程に用いられる。
【００１４】
図１に示すように、転炉１は、炉鉄皮２を備える。また、転炉１は、カワを投入したりカラミを排出したりする口部３を備える。転炉１は、炉鉄皮２の内周壁面に設けられた不定形耐火物層４と、この不定形耐火物層４上に配列され、設置された耐火レンガ５を備えている。耐火レンガ５の一部は、羽口レンガ６として設置されている。
【００１５】
転炉１は、炉鉄皮２及び不定形耐火物層４を貫通した状態で炉鉄皮２に装着された羽口パイプ８を備える。羽口パイプ８の周囲には、金属リング部材９が設けられている。羽口パイプ８の周囲には、さらに、不定形耐火物層４との間に金属リング部材９を介在させた状態で羽口レンガ６が設けられている。
【００１６】
不定形耐火物層４は、例えば、アルミナ−クロミア質キャスタブルや、マグネシア−クロミア質キャスタブル等の従来公知の不定形耐火物によって形成することができる。耐火レンガ５は、不定形耐火物層４上へ配列され、炉鉄皮２の内周壁の全域を覆うように配置されている。
【００１７】
実施形態の銅製錬転炉の羽口パイプの周辺を拡大して示す説明図である図２を参照すると、羽口レンガ６は、炉鉄皮２内にパイプ挿通路７を形成するように設置されている。羽口パイプ８は、炉鉄皮２に設けられているパイプ挿通孔２ａに挿し込まれ、さらにパイプ挿通路７を通過した状態で炉鉄皮２に装着されている。羽口パイプ８は、第１端部８ａを炉外に設置し、他端となる第２端部８ｂを炉内に設置した状態で、炉鉄皮２に対して脱着可能に装着されている。第１端部８ａには、空気ブロア及び酸素富化用のＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）と接続されており、第２端部８ｂから炉内へ空気や酸素が吹き込まれる。羽口パイプ８は、炉鉄皮２に対して脱着可能であり、交換することができるが、新規に設置された状態において、第２端部８ｂがパイプ挿通路７の内側端部７ａから炉内へ露出した状態となるように装着されている。これにより、空気が効果的に炉内へ導入される。しかしながら、空気が吹き出す第２端部８ｂの近傍では、操業時に激しい酸化反応が起こり、局所的に炉内の溶湯よりも高温となる。このため、羽口レンガ６から露出した内側端部７ａよりも上側の部分は、操業開始後の早期のタイミングで溶損し、その後、羽口レンガ６に覆われたパイプ挿通路７内に位置している部分も徐々に溶損が起こる。このため、羽口パイプ８は、所定のサイクルで交換される。本実施形態の羽口パイプ８は、ＳＵＳ３１０Ｓを用いて形成されている。
【００１８】
羽口パイプ８は、羽口パイプ８への溶湯戻りを抑制する観点から、炉鉄皮２に対し斜めに挿し込まれている。
【００１９】
羽口パイプ８の周囲には、金属リング部材９が設けられている。金属リング部材９は、図３に示すような楕円形状の開口部９ａを備えた板状の部材である。楕円形状の開口部９ａを備えるのは、羽口パイプ８が炉鉄皮２に対し斜めに挿し込まれていることに対応させたためである。なお、金属リング部材９の外形については、必ずしも楕円形状でなくてもよい。金属リング部材９は、炉内の温度に耐え得る素材によって形成されていればよく、本実施形態では、ＳＳ４００が用いられている。ＳＳ４００を用いれば、安価に金属リング部材９を作成することができ、コスト面でも有利である。
【００２０】
金属リング部材９は、不定形耐火物層４に埋設された状態で炉内に設置される。金属リング部材９は、不定形耐火物層４と羽口レンガ６との間に介在した状態とされる。金属リング部材９は、不定形耐火物層４に埋設されることで、不定形耐火物層４と面一とされる。これにより、羽口レンガ６を設置するときに、隙間が生じることを抑制することができる。できるだけ隙間が生じないように羽口レンガ６を並べることで、漏風を抑制することができる。
【００２１】
金属リング部材９は、開口部９ａに羽口パイプ８を挿通させることで羽口パイプ８の周囲に設けられる。ただし、金属リング部材９は、羽口パイプ８の外周壁面８１に溶接等で固定されることはない。これは、金属リング部材９が羽口パイプ８に常時固定された状態とされると、羽口パイプ８を交換したいときに、羽口パイプ８を炉鉄皮２の外側に引き抜くことができなくなるためである。
【００２２】
金属リング部材９は、転炉１が操業状態となり、羽口パイプ８及び金属リング部材９がそれぞれ熱膨張したときに、金属リング部材９の開口部９ａが羽口パイプ８の外周壁面８１に密着することで、羽口パイプ８に固定される。これにより、転炉１の操業時において羽口パイプ８と金属リング部材９との間の隙間が埋められ、漏風が抑制される。
【００２３】
本実施形態における羽口パイプ８は、室温では、金属リング部材９の開口部９ａとの間に隙間を有する外径を有する。これにより、羽口パイプ８と金属リング部材９とを、組み立てたり、分解したりすることができる。また、羽口パイプ８を炉鉄皮２の外側に抜き取ることもできる。ここで、室温とは、転炉１の操業時間外における炉内温度であり、例えば、羽口パイプ８を交換する等のメンテナンスが行われている時間帯における炉内温度である。このような時間帯であれば、漏風の問題が生じることもなく、羽口パイプと金属リング部材９の開口部９ａとの間に隙間が生じていても問題とならないからである。
【００２４】
その一方で、羽口パイプ８は、転炉１の操業温度域（概ね１２００℃〜１３００℃）において金属リング部材９の開口部９ａと密着する熱膨張率を有する。これにより、羽口パイプ８の外周壁面８１と開口部９ａとの間の隙間が消滅し、漏風が抑制される。本実施形態の羽口パイプ８は、ＳＵＳ３１０Ｓを用いて形成され、一方の金属リング部材９は、ＳＳ４００を用いて形成されている。そこで、これらの素材の熱膨張率を考慮して、室温における、羽口パイプ８の外周壁面８１と金属リング部材９の開口部９ａとの間の隙間が設定されている。
【００２５】
つぎに、図４を参照しつつ、転炉１を用いた粗銅製錬工程の概略について説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、クレーン２０によって吊下げられた第１鍋２１によって汲み取られたマット２２を、口部３から転炉１内へ装入するカワ受入れが行われる。マット２２は、自溶炉を稼働させ、銅精鉱を製錬することで得られる。
【００２６】
ついで、図４（Ｂ）に示すように造カン期に移行する。造カン期では、図４（Ｂ）中、矢示５１で示すように、転炉１内に珪酸鋼、カワ鋳付き及びリサイクル原料とカワ鋳付きの混合物を投入する。また、矢示５２で示すように、羽口パイプ８を通じて炉内へ空気や酸素を吹き込む。これにより、矢示５３で示すように硫酸ＳＯ２が排出される。排出された硫酸ＳＯ２は硫酸工程へ回される。造カン期の操作は、計２回行われる。
【００２７】
ついで、図４（Ｃ）に示すように炉内で白カワ（ＣＵ２Ｓ＋ＦｅＳ＋Ｃｕ）２４と分離されたカラミ２３を、第２鍋２５を用いて転炉１から排出する。そして、図４（Ｄ）に示すように白カワ２４は造銅期へ移され、カラミ２３はカラミ選鉱工程へ移される。
【００２８】
以上のように転炉１を用いた操業が行われる。ここで、これらの工程を図５（Ａ）に示す比較例の転炉１１を用いて操業した場合に想定される現象について説明する。比較例の転炉１１は、実施形態の転炉１と異なり、金属リング部材９を備えていない。その他の構成要素は、転炉１と共通するので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
転炉１１において、矢示３１のように羽口パイプ８を通じて炉内に空気を導入すると、図５（Ｂ）に示すように高温に曝された羽口パイプ８は徐々に溶損して短くなり、第２端部８ｂ１がパイプ挿通路７内に位置するようになる。また、パイプ挿通路７の内側端部７ａ等にマグネタイトを主体とした酸化物固体３２が付着するようになる。内側端部７ａ等に酸化物固体３２が付着し、羽口パイプ８の第２端部８ｂ１がパイプ挿通路７内に位置する状態で羽口パイプ８から空気を吹き出すと、吹き出された空気は酸化物固体３２に衝突する。酸化物固体３２に衝突した空気は、矢示３３のようにパイプ挿通路７内を逆流し、不定形耐火物層４の空隙、パイプ挿通孔２ａを通じて炉外へ漏れる漏風の原因となる。空気が炉外へ漏れると、炉内で反応に供される酸素量が減るため、カワ処理時間が長くなり、処理効率が低下する。
【００３０】
このような現象への対策として、パイプ挿通路７内に不定形耐火物を詰めることが考えられる。しかしながら、羽口パイプ８とパイプ挿通路７の壁面との隙間が小さく、不定形耐火物を詰め込みにくいという問題があり、漏風対策として十分な効果を上げることは困難である。
【００３１】
そこで、本実施形態の転炉１のように、羽口パイプ８の周囲に金属リング部材９を設ければ、空気の流れを遮断し、漏風量を低減することができる。
【００３２】
ここで、実施形態の転炉１を用いた場合のカワ処理時間を比較例の転炉を用いた場合と比較して説明する。図６は、実験結果に基づいて得られた自溶炉カワＣｕ品位とカワ処理時間との関係を示すグラフである。また、表１は、実施形態の転炉１の操業データの試算結果を比較例の転炉１１の操業データと共に示している。
【表１】
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【００３３】
図６を参照すると、転炉１や転炉１１に装入されたカワのＣｕ品位に関係なく、実施形態の転炉１の方が、カワ処理時間が短くなっていることが分かる。図６に示すグラフに描かれた比較例のデータ分布から、
相関式Ａ  Ｙ＝０．０６２Ｘ＋３．０８６４、決定定数Ｒ２＝０．４６６７
が得られた。
同様に、実施形態のデータ分布から、
相関式Ｂ  Ｙ＝０．０２７Ｘ＋３．０７３７、決定定数Ｒ２＝０．４８９２
が得られた。
【００３４】
例えば、カワのＣｕ品位が６２．０％である場合、相関式Ａ及び相関式Ｂに基づいて、算出されるカワ処理時間は、１．４６２（分／ｔ）→１．４００（分／ｔ）に短縮していることが分かる。
【００３５】
つぎに、表１にまとめたデータに基づいて漏風酸素の低減率について算出すると、実施形態の転炉１では、操業中の第１造カン期、第２造カン期及び造銅期の各期間において、必要酸素量に対し概ね４．２％に低減することができると推定される。
【００３６】
操業時間の割合が一定の場合、短縮された時間も同じ割合となるため、必要酸素量も一定とすると、実施形態を用いた場合の各期の送風時間及び炉に入った酸素量が計算される。例えば、第１造カン期の比較例における炉に入った酸素量は１８２．３（Ｎｍ３／分）であり、実施形態における炉に入った酸素量は１９０．３（Ｎｍ３／分）である。この差が漏風酸素量８．０（Ｎｍ３／分）であると推定される。同様に、第２造カン期では、７．０（Ｎｍ３／分）が漏風酸素量と推定され、造銅期では、６．１（Ｎｍ３／分）が漏風酸素量であると推定される。
【００３７】
そして、例えば、第１造カン期では、漏風酸素量８．０（Ｎｍ３／分）に対し、炉に入った酸素量１９０．３（Ｎｍ３／分）であるから、８．０÷１９０．３≒０．０４２である。同様に、第２造カン期では、７．０÷１６７．５≒０．０４２であり、造銅期では、６．１÷１４４．４≒０．０４２である。このように、各期間において、必要酸素量に対し概ね４．２％に低減することができると推定される。
【００３８】
ここで、１回当たりのカワ処理量が２３０（ｔ／回）である場合を想定すると、操業時間は、
２３０（ｔ／回）×（１．４６２−１．４００）（分／ｔ）＝１４．３（分）
となる。これにより、実施形態では、比較例よりも１回の操業当たり、１４．３（分）の短縮が実現される。
【００３９】
仮に、転炉１の操業中の送風していない時間（例えば、造カン期から造銅期への切替時等）の総計を６５分（分／回）とすると、比較例の操業１回の時間は、
２３０（ｔ／回）×１．４６２（分／ｔ）＋６５（分／回）
＝４０１．２６（分／回）
転炉を同時に２炉操業しているとすると、１日の操業回数は、
２４（ｈｒ／日）×２（炉）×６０（分）÷４０１．２６（分／回）
＝７．１８（回／日）
となる。同様の計算を実施形態の転炉１について行うと、
２４（ｈｒ／日）×２（炉）×６０（分）÷３８７（分／回）
＝７．４４（回／日）
となる。
【００４０】
以上の計算結果より、実施形態の転炉１は、比較例の転炉１１に対し、
２３０（ｔ／回）×（７．４４（回／日）−７．１８（回／日））
＝５９．８（ｔ／日）
の増処理ができることとなる。
【００４１】
以上のように、実施形態の転炉１によれば、炉内からの漏風を抑制することができる。この結果、転炉１による増処理が可能となる。
【００４２】
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】
【００４３】
１、１１  転炉（銅製錬転炉）
２  炉鉄皮
２ａ  パイプ挿通孔
３  口部
４  不定形耐火物層
５  耐火レンガ
６  羽口レンガ
７  パイプ挿通路
７ａ  内側端部
８  羽口パイプ
８ａ  第１端部
８ｂ  第２端部
８１  外周壁面
９  金属リング部材
９ａ  開口部
【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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