(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅製錬用転炉の吹錬中または造銅期終了後に、前記転炉の羽口に棒状の治具を挿入し該治具に打撃力、回転力の一方または両方を付与して前記羽口の閉塞部を打撃および／または切削することにより、前記羽口を開口する転炉羽口開口方法において、前記羽口の外端部内面をラッパ形状とし、かつ前記治具の先端に設けた複数のエア噴出口からエアを噴出させながら前記羽口を開口し、前記治具をバネ又はエアシリンダから成る弾力座を介して芯ずれした場合における外力に応じて弾力的に高さ方向の位置と角度を変えるように上下方向の弾性変位可能に支持し、また前記治具が所定位置を通過したことを検出し、該検出信号に応じて前記治具の挿入速さ及び回転速さを減速することを特徴とする転炉羽口開口方法。
【請求項２】
前記治具が所定位置を通過したことに代えて、前記治具に付与される回転力が所定値以上となったこととした請求項１記載の転炉羽口開口方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法の実施に用いる装置であって、銅製錬用転炉の外端部内面をラッパ形状とした羽口の並び方向に沿って移動可能な台車に、前記羽口に挿入可能な棒状の治具と、該治具に回転力を付与する第１駆動部と、前記治具を前進または後退させる第２駆動部と、さらに前記治具を芯ずれした場合における外力に応じて弾力的に高さ方向の位置と角度を変えるように上下方向の弾性変位可能に支持するためのバネ又はエアシリンダから成る弾力座を設けた転炉羽口開口装置であって、前記治具の先端に複数のエア噴出口を設け、さらに、前記治具が所定位置を通過したことを検出するセンサと、該センサの検出信号に応じて前記治具の前進速さ及び回転速さを低速側に変更する速さ制御部とを設けたことを特徴とする転炉羽口開口装置。
【請求項４】
前記治具が所定位置を通過したことを検出するセンサに代えて、前記治具に付与される回転力が所定値以上になったことを検出するセンサとした請求項３記載の転炉羽口開口装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅やニッケルのマット等を吹錬するために用いられる転炉の羽口に付着する通風障害物を除去し、同羽口を開口するための転炉羽口開口方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅やニッケルのマット等の吹錬には，一般にピアス・スミス型転炉と称される横置円筒型の転炉が用いられる。この種の転炉（横型転炉）では、その側壁に一列に設けた数十個の羽口から炉内の溶体に圧風を吹き込んで、鉄や硫黄を酸化させて吹錬が行われる。この転炉の操業においては、吹錬初期の鉄分をかん（別名：からみまたはスラグ）中に除去する造かん期と，該造かん期の最終製品であるかわ（別名：マット）から粗銅を得る造銅期とがあるが、その間に羽口からの送風で凝固点未満に冷やされた羽口出側付近の溶体が羽口の内端部に銅や鉄およびこれらの酸化物を主成分とする付着物を形成し通風を阻害するようになるため、適宜前記付着物を除去する必要がある。
【０００３】
この付着物の除去作業は、通常、メカニカルパンチングと呼ばれる方法で行われている。この方法では、直径が羽口径よりわずかに小さい複数の打開棒を単設あるいは並設した打開治具を羽口並び方向に沿って移動可能な台車に設置してなるメカニカルパンチャーと呼ばれる装置を用い、前記台車を順次移動させて、打開棒を羽口内の付着物に打ち付けて、その衝撃により羽口を開口する。
【０００４】
しかし、前記メカニカルパンチングでは、打開棒が付着物に当たるときの衝撃により羽口煉瓦が損傷する場合が多く、羽口煉瓦の寿命に悪影響を及ぼすという問題がある。特に、造銅期終了後は、吹錬中よりも大きな塊となってより強く固着している付着物を、次サイクルの操業に備えて完全に除去する必要があり、したがって、メカニカルパンチングによる衝撃も吹錬中の場合よりも大きく、その衝撃による羽口煉瓦の損傷程度、ひいては転炉の寿命への悪影響も大きいから、造銅期終了後の羽口開口作業にメカニカルパンチングを適用するのは得策ではない。
【０００５】
この問題を解決する手段として、横型転炉の造銅期終了後では、羽口開口治具に回転力あるいはさらに打撃力を付与して羽口付着物を切削しあるいはさらに打撃することにより羽口開口を行うという方法が提案されている（特開平９−13129 号公報）。この方法によれば、打撃力の一部または全部が、付着物衝撃の比較的軽度な回転力で置き換わるから、羽口煉瓦の損傷程度が軽減し、転炉寿命が延長する。
【０００６】
また、この方法では、横型転炉の炉壁に設けられた羽口に沿って移動可能な台車に、往復運動と回転運動が可能な羽口開口治具（ドリル棒と称する）と、該治具に回転力あるいはさらに打撃力を付与するための駆動部を設けてなる羽口開口装置（ドリル装置と称する）が使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
横型転炉の羽口は横一列に並べて配設されるのが建前であるが、実際の転炉の羽口では上下方向の位置に多少の不揃いがあって、羽口によっては、前記メカニカルパンチャーの打開棒や前記ドリル装置のドリル棒が穴にうまく挿入されずに羽口入側の煉瓦に衝突することがあり、そのため、打開棒やドリル棒の位置や角度を何度か再調整する必要があり、羽口開口作業の能率が上がらないという問題があった。
【０００８】
また、前記特開平９−13129 号公報のドリル装置では、駆動部として削岩機の駆動部を流用した例が示されているが、通常の削岩機の駆動部を用いた場合、高〜中速前進モードで付着物を押すとそれが周囲の羽口煉瓦を随伴して剥落しやすくなるため、付着物を押しているときは低速前進モードで運転する必要がある。一方、前記駆動部は人手操作で変速されうるが、ドリル棒が羽口内で前進している最中に人手操作で高〜中速から低速へと変速するというやり方では、そのタイミングが遅れて付着物を押しすぎ、該付着物との随伴剥落による羽口煉瓦の欠損につながる危険性が高い。そのため、ドリル棒の羽口挿入前から一貫して低速前進モードで運転せざるを得ず、羽口開口作業の能率が上がらないという問題があった。
【０００９】
前記問題に鑑み、本発明は、打開棒やドリル棒の位置や角度の再調整を不要とし、また、羽口内で前進中のドリル棒を羽口煉瓦欠損が生じないタイミングで変速可能とした転炉羽口開口方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明は、以下のとおりである。
（１）  銅製錬用転炉の吹錬中または造銅期終了後に、前記転炉の羽口に棒状の治具を挿入し該治具に打撃力、回転力の一方または両方を付与して前記羽口の閉塞部を打撃および／または切削することにより、前記羽口を開口する転炉羽口開口方法において、前記羽口の外端部内面をラッパ形状とし、かつ前記治具の先端に設けた複数のエア噴出口からエアを噴出させながら前記羽口を開口し、前記治具をバネ又はエアシリンダから成る弾力座を介して芯ずれした場合における外力に応じて弾力的に高さ方向の位置と角度を変えるように上下方向の弾性変位可能に支持し、また前記治具が所定位置を通過したことを検出し、該検出信号に応じて前記治具の挿入速さ及び回転速さを減速することを特徴とする転炉羽口開口方法。
【００１２】
（２）  前記治具が所定位置を通過したことに代えて、前記治具に付与される回転力が所定値以上となったこととした（１）記載の転炉羽口開口方法。
【００１３】
（３）  （１）または（２）に記載の方法の実施に用いる装置であって、銅製錬用転炉の外端部内面をラッパ形状とした羽口の並び方向に沿って移動可能な台車に、前記羽口に挿入可能な棒状の治具と、該治具に回転力を付与する第１駆動部と、前記治具を前進または後退させる第２駆動部と、さらに前記治具を芯ずれした場合における外力に応じて弾力的に高さ方向の位置と角度を変えるように上下方向の弾性変位可能に支持するためのバネ又はエアシリンダから成る弾力座を設けた転炉羽口開口装置であって、前記治具の先端に複数のエア噴出口を設け、さらに、前記治具が所定位置を通過したことを検出するセンサと、該センサの検出信号に応じて前記治具の前進速さ及び回転速さを低速側に変更する速さ制御部とを設けたことを特徴とする転炉羽口開口装置。
【００１４】
（４）  前記治具が所定位置を通過したことを検出するセンサに代えて、前記治具に付与される回転力が所定値以上になったことを検出するセンサとした（３）記載の転炉羽口開口装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の方法（１）では、転炉１の羽口２に棒状の治具５を挿入し該治具５に打撃力、回転力の一方または両方を付与して羽口２の閉塞部（付着物）４を打撃および／または切削することにより、羽口２を開口する転炉羽口開口方法において、羽口２の外端部内面をラッパ形状とした（図１）。これにより、治具５はその先端が羽口２の中心から多少ずれていてもラッパ形状に沿って円滑に羽口内に誘導されるようになり、羽口外側への衝撃が軽減されて煉瓦３の寿命が延びる。
【００１６】
本発明の方法（１）では、治具５をバネ又はエアシリンダから成る弾力座を介して芯ずれした場合における外力に応じて弾力的に高さ方向の位置と角度を変えるように上下方向の弾性変位20可能に支持するようにした（図１）から、治具５は羽口２内面形状に沿って高さ位置と角度を弾力的に変えることができ、治具５による羽口２内壁へのこじりが軽減されて煉瓦３の寿命がさらに延びる。本発明の方法（１）の実施には、本発明の装置（３）が好ましく用いうる。装置（３）は、転炉１の羽口２の並び方向に沿って移動可能な台車10に、羽口２に挿入可能な棒状の治具５と、治具５に打撃力および／または回転力を付与する第１駆動部６と、治具５を前進（または後退）21させる第２駆動部７とを設け、さらに、治具５を上下方向の弾性変位20可能に支持する弾力座９を設けて構成される（例：図２）。
【００１７】
治具５には打開棒またはドリル棒が好ましく用いうる。第１駆動部６、 第２駆動部７にはエアシリンダまたはエアモータが好ましく用いうる。弾力座９にはバネまたはエアシリンダが好ましく用いうる。
図２の例では、第１駆動部６は台座８上を摺動可能であり、同台座８に固設された第２駆動部７によって、治具５とともに前進・後退運動を付勢される。台座８は弾力座９を介して台車10で支持され、芯ずれした場合における外力に応じて弾力的に高さ位置と角度を変えうるから、台座８上の治具５も外力に応じて弾力的に高さ方向の位置と角度を変えうる。
【００１８】
なお、第１駆動部６が治具５に回転力を付与するものである場合、治具５にスクリュー雄ねじを設け、第２駆動部７に前記雄ねじに螺合する雌ねじを設けて、前記回転力を治具５と第１駆動部６との前進・後退の駆動力として活用し、第２駆動部７の動力源を省略することもできる。本発明の方法（１）では、羽口開口手段が打撃によるもの（例：メカニカルパンチャー、治具は打開棒）と回転切削によるもの（例：削岩機、治具はドリル棒）のいずれであってもよく、また、開口作業の時期は吹錬中と造銅期終了後のいずれであってもよい。
【００１９】
一方、本発明の方法（１）、（２）は、羽口２内端側の付着物４がより大きな塊となってより強く煉瓦３に固着したものとなっている造銅期終了後に行うものとする。ここでの羽口開口手段は、打撃によるもの（例：メカニカルパンチャー）では煉瓦３の欠損を誘発するため、回転切削によるもの（例：削岩機、治具はドリル棒）に限られる。
【００２０】
そして、本発明の方法（１）では、治具５が所定位置を通過したことを検出し、該検出信号に応じて治具５の挿入速さ及び回転速さを減速するようにした。これによれば、前記所定位置を、治具５先端の付着物４接触開始が起こると推定される位置（前もって実測等で決定可能）としておくことにより、治具５で切削中の付着物４から煉瓦３に伝わる衝撃が軽減され、羽口２内端側の煉瓦３欠損の発生が防止される。
【００２１】
また、本発明の方法（２）では、治具５に付与される回転力が所定値以上となったことを検出し、該検出信号に応じて治具５の挿入速さ及び回転速さを減速するようにした。これによれば、前記所定値を、治具５先端の付着物４接触開始から立ち上がり始める回転力（トルク）の該立ち上り途上の適当な値（前もって実測等で決定可能）としておくことにより、治具５で切削中の付着物４から煉瓦３に伝わる衝撃が軽減され、羽口２内端側の煉瓦３欠損の発生が防止される。
【００２２】
本発明の方法（１）の実施には本発明の装置（３）が好ましく用いうる。この装置（３）は、台車10に、前記棒状の治具５と、治具５に回転力を付与する第１駆動部11と、治具５を前進（または後退）21させる第２駆動部12と、あるいはさらに前記と同機能の弾力座13とを設けた転炉羽口開口装置であって、さらに、治具５が所定位置を通過したことを検出するセンサ14と、該センサ14の検出信号に応じて治具５前進速さおよび回転速さを低速側に変更する速さ制御部15とを設けたもの（例：図３）である。なお、前進速さだけを変更するようにしてもよいが、この例のように回転速さも同時に変更する方が、羽口煉瓦への衝撃がより緩和されて好ましい。また、ここでのセンサは、例えば近接センサが好ましく用いうる。
【００２３】
図３の例では、センサ14として近接センサの１種であるリミットスイッチを用い、第１駆動部11に配設したドグ16がリミットスイッチ14を叩くと通過検出信号が速さ制御部15に伝わるようにした。速さ制御部15は、エアモータからなる第１、第２駆動部11、12へのエア入力流路にそれぞれ複数の電磁弁を並列配置し、これら電磁弁を前記通過検出信号に応じてオンオフさせて、エアモータ11、12へのエア入力流量を低流量側に切り替えるように構成した。
【００２４】
なお、弾性座13は、治具５を支持する台座８を台車10上に配設した２つのスライドブロック19の回転アーム18を介して回動可能に支持し、２つのスライドブロック19をそれぞれエアシリンダ17で水平方向の弾性変位可能に支持して構成した。この弾性座13では、エアシリンダ17のストロークを操作することで、羽口挿入前の治具５の上下方向の位置及び角度を調整できる。
【００２５】
また、本発明の方法（２）の実施には本発明の装置（４）が好ましく用いうる。この装置（４）は、装置（３）において、治具が所定位置を通過したことを検出するセンサ14に代えて、治具５に付与される回転力が所定値以上になったことを検出するセンサ（図示省略）としたものである。装置（４）のセンサとしては、トルクセンサとコンパレータとを組み合わせたものが好ましく用いうる。
【００２６】
なお、装置（３）〜（４）のいずれも、台車の運行、第１、第２駆動部の駆動動作などはすべて操作盤からの遠隔操作で制御することができる。また、本発明では、造銅期終了後の羽口開口作業は、炉内の銅湯（粗銅）をレードルに排出後30分以内に終えることが好ましい。というのは、例えば図４に示すように、造銅期終了後30分経過するまでは炉内温度がまだ550℃程度以上と高く、この高温域では付着物が未硬化の軟粘質で羽口煉瓦から剥がれやすくなっているので、羽口煉瓦の損傷がより少なくなる。なお、図４には造銅期終了後に羽口から熱電対を挿入して付着物付近の炉内温度を測定した例を示した。
【００２７】
また、高温で軟粘質の付着物を切削する場合、例えば図５に示すように、ドリル棒22として先端部に複数のエア噴出口23を有するものを、該エア噴出口23からエアを噴出させながら用いると、噴出したエアにより研削屑が炉内に吹き飛ばされ、かつ、軟粘質付着物との摩擦発熱によるドリル棒22先端部（刃先）の過剰な温度上昇も防止できて、開口作業がより効率よく行えるので好ましい。
【００２８】
【実施例】
［方法Ａ］
図３に示した転炉羽口開口装置を用いて穴径（平行穴径）50mm×穴深さ400 mmの羽口60本を有する銅製錬用横型転炉（処理能力230 ton ／サイクル）において、羽口煉瓦を取り替えた後、１サイクルの製錬を行って、羽口の開口が困難になった状態で、粗銅を排出した後マットを挿入するまでの間に、図３に示した装置（治具はドリル棒）を用いて羽口開口作業を行った。この羽口開口作業は粗銅排出時点から５分経過後に開始した。ドリル棒は図５に示したものをエア噴出させながら使用した。羽口の入側穴形状は図１に示したようなラッパ形状とし、傾斜穴深さ100 mm、入口穴径60mmとした。
【００２９】
第１、 第２駆動部のエアモータにはそれぞれ、並列配置した２個の電磁弁を介してエアを供給するようにした。この装置の遠隔操作による羽口開口作業工程は以下のとおりである。なお、 この作業は羽口１本ずつに対し順次台車を停止させて行われる。
（治具挿入工程）
(1) 治具の回転及び前進の起動後、所定位置に配置した近接スイッチにより第１駆動部に設置したドグ（ＳＳ製）が検出される。
【００３０】
(2) その時、第２駆動部の２個の電磁弁のうち１個が閉じ、エア量が約1/2 に減少する（3.3 m3/min→1.6 m3/min）。これにより第２駆動部のエアモータ回転数が減少し（1790rpm →890rpm）、挿入速さが減速される（0.52m/s →0.26m/s ）。
(3) また、同時に第１の駆動部の２個の電磁弁のうち１個が閉じ、エア量が約1/2 に減少する（16.5m3/min→8.3m3/min ）。これにより第１駆動部のエアモータ回転数（＝治具回転数）が減少する（360rpm→180rpm）。これに伴い、トルクも減少する（300 Ｎ・ｍ→150 Ｎ・ｍ）。
【００３１】
（治具引き抜き工程）
(4) エア方向切替電磁弁によりエア流の向きを逆にし、第２駆動部の電磁弁２個を全開にしてエアモータを逆回転させ、治具をフルスピード（前記0.52m/s ）で引き抜く。
この結果、全羽口の開口に要した時間は約15分であり、また、煉瓦残寸測定の結果から、各羽口及びその周囲の付着物は十分に除去され、かつ羽口煉瓦の欠損はほとんどないことが確認された。また、どの羽口に対しても治具先端は、羽口入口周囲の煉瓦に衝突することなく、羽口穴に円滑に入っていった。
【００３２】
［方法Ｂ］
方法Ａ同様の状態の転炉羽口に対し、図３の装置から近接スイッチを外したものを用いて、挿入前から開口完了までをフルスピード（前記0.52m/s ）として羽口開口作業を行った。その結果、全羽口の開口に要した時間は約10分と短かったが、煉瓦残寸測定の結果から、大多数（全数の約60％）の羽口において付着物の除去残りや羽口煉瓦の顕著な欠損が確認された。
【００３３】
［方法Ｃ］
方法Ａ同様の状態の転炉羽口に対し、図３の装置から近接スイッチを外したものを用いて、挿入前から開口完了までを低速（前記0.26m/s および180rpm）として羽口開口作業を行った。その結果、全羽口開口作業に約25分の長時間を要し、作業開始から約15分（粗銅排出から約30分）経過するまでに開口された羽口では付着物の除去残りや羽口煉瓦の欠損が認められなかったが、それ以後の約10分間で開口された羽口では、炉内温度が下がりすぎ、羽口煉瓦の欠損が少なからず認められた。
【００３４】
上記方法Ａ，Ｂ，Ｃの各々で転炉の羽口開口作業を繰り返し、羽口煉瓦の欠損（羽口煉瓦長さの減少）挙動を調べた結果を図６に示す。この転炉では羽口煉瓦長さは炉修工事直後で50cmであり、反復操業の過程で漸減して管理目標の10cmに達すると再度炉修工事が行われる。転炉寿命はある炉修工事からその次の炉修工事までの転炉操業回数で表される。図６より、治具の羽口挿入途中で挿入速さを高速から低速に切替える方法Ａでは羽口煉瓦の欠損が最も軽微となり、転炉寿命は450 サイクル以上と最長である。また、治具の挿入速さを高速一辺倒とする方法Ｂでは付着物が強打されて羽口煉瓦の欠損が最も著しく、転炉寿命は150 サイクル程度と最短である。また、治具の挿入速さを低速一辺倒とする方法Ｃでは炉温降下に伴う付着物の固着強度増大により羽口煉瓦の欠損は方法Ａと方法Ｂの中間程度となり、転炉寿命は300 サイクル程度である。すなわち、転炉寿命の上からは方法Ａが最も有利である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、転炉羽口開口作業において、羽口開口治具の位置や角度を羽口ごとに再調整しなおす必要がなくなり、また、羽口煉瓦の損傷を伴わずに能率よく作業できるようになり、転炉寿命が向上するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】方法（１）の実施形態の説明図である。
【図２】装置（３）の例を示す模式図である。
【図３】装置（３）の例を示す模式図である。
【図４】造銅期終了後の炉内温度降下履歴の例を示す図である。
【図５】ドリル棒先端部の好適例を示す模式図である。
【図６】実施例での羽口煉瓦の欠損挙動を方法Ａ，Ｂ，Ｃで比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１  転炉
２  羽口
３  煉瓦
４  閉塞部（付着物）
５  治具（打開棒またはドリル棒）
６  第１駆動部
７  第２駆動部
８  台座
９  弾力座
10  台車
11  第１駆動部（エアモータ）
12  第２駆動部（エアモータ）
13  弾力座
14  センサ（近接センサ、リミットスイッチ）
15  速さ制御部
16  ドグ
17  エアシリンダ
18  回転アーム
19  スライドブロック
20  弾性変位
21  前進（または後退）
22  ドリル棒
23  エア噴出口
【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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