(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの堰取付部を含む乾式冶金炉と該乾式冶金炉に取外し可能に取り付けられる堰モジュールとの組合せにおいて、
該堰モジュールは前記乾式冶金炉に対して取外し可能な別体の構造体をなし、
前記堰モジュールは、前記乾式冶金炉の少なくとも１つの堰取付部に取外し可能に係合できる少なくとも１つの炉係合部を含み、
各堰モジュールの前記炉係合部は、該堰モジュールと前記乾式冶金炉の間の接続部の選択された領域および該接続部の周囲を冷却するよう構成された少なくとも１つの堰冷却パネルを含み、
前記乾式冶金炉の各堰取付部は、堰冷却パネルに対して相補的な形状を有する炉冷却パネルを含み、該炉冷却パネルは、使用に際して前記堰冷却パネルと共働して該堰モジュールと前記乾式冶金炉の間の前記接続部の選択された領域および該接続部の周囲を冷却するように構成され、
前記堰冷却パネルおよび炉冷却パネルは相補的な形状を有することを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項２】
請求項１に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、各堰冷却パネルおよび炉冷却パネルは、使用に際して取外し可能に係合して該堰モジュールを前記乾式冶金炉に共働的に取り付けるように構成されていることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記炉係合部および前記堰取付部のそれぞれは、前記それぞれの堰冷却パネルおよび炉冷却パネル上に、またはそれらの周囲に共働取付構造体を含み、該共働取付構造体は前記乾式冶金炉と前記堰モジュールとの間の取外し可能な取付けを容易にすることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項４】
請求項３に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記共働取付構造体は、装着ブラケット、装着台、取付枠体、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項５】
請求項３または４に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記共働取付構造体は、前記乾式冶金炉から延伸する堰取付枠体と、前記堰モジュールから延伸して該堰取付枠体に取外し可能に取り付けできる共働炉取付枠体とを含むことを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記乾式冶金炉の前記堰取付部は、該乾式冶金炉の隣り、またはその周囲に取り付けられるか、もしくは固定設置される装着構造体を含み、使用に際して前記堰モジュールは該装着構造体に装着されることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項７】
請求項６に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記装着構造体は枠、棚または架台を含み、その上に前記堰モジュールが着座することを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項８】
請求項６または７に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記装着構造体は移動機構を含み、該移動機構は、前記堰モジュールを移動させて前記乾式冶金炉から、好適には該乾式冶金炉の側部から横方向に遠ざけることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項９】
請求項８に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記堰の前記炉係合部は移動機構の一部を含み、該移動機構の一部は、前記装着構造体と共働するか、さもなければ連係して、該装着構造体上における前記堰モジュールの移動を容易にすることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１０】
請求項９に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記炉係合部はローラまたは治具機構を含み、該機構は、前記装着構造体と共働して該装着構造体上における前記堰モジュールの移動を容易にすることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１１】
請求項１ないし10のいずれか１項に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記堰冷却パネルおよび炉冷却パネルは共働係合面を含み、両係合面は、前記堰を前記乾式冶金炉に取り付けると実質的に当接することを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１２】
請求項１ないし11のいずれか１項に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記堰冷却パネルは、前記堰モジュールの後側から延びる平面を有する導電性金属ブロックを含むことを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１３】
請求項１ないし12のいずれかに記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記炉係合部は、前記乾式冶金炉の共働溶融材料開口部に流体封止可能な溶融材料開口部を含むことを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１４】
請求項13に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、該堰モジュールの前記溶融材料開口部は、前記乾式冶金炉の前記溶融材料開口部と共働する相補的な形状を有して、両開口部間の流体封止を容易にすることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１５】
請求項14に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、該堰モジュールの前記溶融材料開口部は、前記乾式冶金炉の前記溶融材料開口部に嵌合するか、あるいはその周囲に取り付けられるように構成されていることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１６】
請求項13ないし15のいずれか１項に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、該堰モジュールの前記溶融材料開口部および前記乾式冶金炉の前記溶融材料開口部のそれぞれは、交換可能な耐火材を該開口部の周囲に含むことを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１７】
請求項１ないし16のいずれかに記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、各堰モジュールは相互接続された材料からなる別体の構造体として形成されていることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１８】
請求項17に記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記堰冷却パネルは、該堰モジュールの相互接続された構造体の一体部分を形成していることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【請求項１９】
請求項１ないし18のいずれかに記載の乾式冶金炉と堰モジュールの組合せにおいて、前記乾式冶金炉はトップサブマージランス（TSL）型炉であることを特徴とする乾式冶金炉と堰モジュールの組合せ。
【発明の詳細な説明】
【優先権の引用参照】
【０００１】
本発明は、2014年10月10日出願のオーストラリア仮特許出願第2014904057号の優先権を主張するものであり、同出願の内容を引用により本明細書に組み込むこととする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、広くは乾式冶金炉の交換可能な堰モジュールに関するものである。本発明はとくに、トップサブマージランス（TSL）型炉に適用されるものであり、以下に、そのような適用例に関連して本発明を開示するのが好都合となろう。ただし、本発明はそのような適用例に限定されるものではなく、溶融材料を収集して取り出す堰を使用するいずれの連続稼働式炉にも適用可能であることを理解されたい。
【発明の背景】
【０００３】
以下の本発明の背景に関する記載は、本発明の理解を容易にすることを目的とする。ただし、このような記載は、参照したいかなる資料も本願優先日時点で刊行され、公知であり、または一般常識であった旨を認識または容認するものでないことを理解されたい。
【０００４】
堰を連続稼働式乾式冶金炉の構成に組み込んで、例えば金属、マットおよび／またはスラグを炉から取り出すことが可能である。堰を使用する乾式冶金炉の例として、電気炉、オウトテック自溶炉、上吹きランス注入炉などが含まれる。上吹きランス注入炉は、ランスを使用して上吹きまたはサブマージ注入のいずれかによって、溶融槽上方または溶融槽内にガスを供給するものである。上吹きランス注入の例として三菱の製銅法があり、その製銅法では注入ランスがそれぞれに空気や酸素富化空気などのガスの噴流を発生させて、槽の上面にガスを吹き付けて貫入させ、銅マットを生成、変換する。サブマージランス注入では、ランスの下端部を浸漬させ、槽のスラグ層の上方からではなくスラグ層内部で噴射を行なうことで、トップサブマージランス（TSL）型注入を行なう。公知のTSL炉の構成として、金属加工において幅広く応用される本出願人によるオウトテック・アウスメルト式TSL技術がある。
【０００５】
堰は、生産、作業ならびに職業安全衛生に関連する多くの利点をもたらすことができる。このような利点には以下のことが含まれる。すなわち、
−  比較的一定した槽深さでの連続稼働による炉の稼働安定性の向上。
−  出銑孔閉塞材、出銑孔インサート、酸素ランスなどの消耗品の削減、ドリルやマッドガンなどの使用費および維持費の削減、その他の出銑器具の削減などによる操業費の削減。
−  出銑孔インサートの交換が不要なため、従来の出銑孔を使用する炉に比べ、炉の可用度が高くなる。
−  炉の出銑作業や桶の清掃などが不要なため、必要工数を削減できる。これにより、調整事業費を節減でき、人身傷害（火傷）および／または、例えば熱中症、過労、脱水症などの健康への悪影響の生じる可能性が低減する。
【０００６】
それでもなお、あらゆる冶金炉部材と同様に、堰の点検および保守作業を定期的に行なって、堰の操業を確実に安全かつ最適にする必要がある。
【０００７】
少なくともTSL炉の現行の炉設計では、堰は炉の全体構造設計の一体部分として組み込まれる。このような構造では、堰の耐火材が炉の耐火性ライニング内全体に、とくに、溶融材料が流れる炉と堰の内側との間に延びる流路の内側および流路の周囲に組み込まれる。例えば冷却パネルなど、堰と炉の間の他の共働要素も、炉の本体の構造に組み込まれる。
【０００８】
堰と炉の一体構成によって望ましい強度の構造になる一方で、炉がまだ「オンライン」（すなわち、稼働中および／または待機中）のときに堰にアクセスして点検および／または保守作業を行なわなければならない場合に、一体構成では困難が生じることがある。一部の保守作業は、堰の天井部を１または複数個所取り外して行なうことができよう。しかし、堰の耐火材が炉の耐火性ライニング全体に組み込まれていると、堰を炉から容易に分離できない。そのため、重要な点検および保守作業を行なう場合は、炉を部分的に、または完全に停止させる必要がある。
【０００９】
したがって、炉の稼働中に点検および／または保守作業をさらに容易に行なえるような堰および炉の構造を提供することが望まれよう。
【００１０】
また、既存の炉に後付けして生産能力／処理能力を向上できる堰機構を提供することも望まれよう。これにより、溶融材料のバッチ単位の出銑を行なう出銑孔を使用する炉に堰を後付けすることで、処理能力が向上し、運転性がさらに安定する拡張性のある解決法を提供できる。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、乾式冶金炉に対して取外し可能に取り付けられる堰モジュールが提供され、乾式冶金炉は少なくとも１つの堰取付部を含み、堰モジュールは炉とは別体の構造体をなし、堰モジュールは少なくとも１つの炉係合部を含み、炉係合部は炉の少なくとも１つの堰取付部に取外し可能に係合できる。
【００１２】
本発明の堰モジュールは、共働する炉に取外し可能に取り付けることができる。別体形式の堰モジュールを使用することにより、必要に応じて、共働する炉に取り付けたり、炉から取り外したりできる構造的に別個のユニットを提供する。これにより、堰を点検および保守作業のために取り外すことができ、いくつかの実施形態では、さらに別の堰モジュールと交換して炉を完全に停止せずに済むようにし、炉の運転を継続することができる。本発明に係る取外し可能な堰モジュールの構成を用いることで、炉を完全に停止させずに、堰を簡単に素早く取り外して点検および保守作業を行なうことが可能である。また、交換用堰モジュールを容易かつ素早く取り付けられるため、炉の可用性および供給処理能力を最大限に伸ばせる。
【００１３】
取外し可能に取り付けられる堰モジュールは、様々な炉の溶融材料（スラグ、マットおよび／または金属）の出銑作業にも柔軟性をもたらす。例えば、溶融材料は、炉の側部に形成された出銑開口部または出銑孔を利用して、バッチ式出銑によって取り出し可能である。生産量を増加したい場合、本発明の堰モジュールをその炉に取り付け、あるいは後付けして、生産量を増加させることができよう。堰モジュールは、出銑孔を堰開口部として利用して、炉内の溶融材料を堰モジュールに流体接続することも可能であろう。あるいは、出銑孔を、堰モジュールに取り付け可能な適切な開口部／流路に置き換えてもよい。
【００１４】
乾式冶金炉の堰構成には、典型的には冷却パネルが含まれ、冷却パネルは、炉と堰との間の接続部の選択された領域とその周囲の冷却に効果をもたらすものである。本発明の堰モジュールは、好適には少なくとも１枚の冷却パネルを含む。さらに、多くの実施形態において、各堰モジュールの炉係合部は、炉と堰との間の接続部の選択された領域とその周囲を冷却するよう構成された少なくとも１枚の堰冷却パネルを含み、このパネルは、具体的には、溶融材料が炉と堰との間で周囲を流れる領域を冷却するよう構成されている。同様に、炉の各堰取付部は、好適には共働する堰冷却パネルに対して相補的な形状を有する炉冷却パネルを含む。使用にあたっては、各炉冷却パネルは堰冷却パネルと共働して炉と堰モジュールとの間の接続部の選択された領域とその周囲を冷却するように構成され、具体的は、溶融材料が炉と堰との間で周囲を流れる領域を冷却する。この種の冷却パネルを使用することにより、当該領域の耐火材が摩耗／腐食する進度が最小化される。
【００１５】
別体形式の堰冷却パネルおよび炉冷却パネルを使用することにより、これら個々のパネルを堰モジュールおよび炉のそれぞれの構造体に別々に組み込むことができる。そこで、堰モジュールを炉に取り付けると、各冷却パネルは、結合するか、さもなければ係合することができる。いくつかの実施形態では、共働する各堰冷却パネルおよび炉冷却パネルは、使用に際して取外し可能に係合して、堰モジュールを炉に共働的に取り付けるように構成されている。よって、各堰モジュールの取外し可能な取付け機能では、堰モジュールおよび炉の別体形式の冷却パネルを用いて、堰モジュールの構造体と炉の別体形式の構造体との間に係合部、好適には接続部を形成する。
【００１６】
各堰モジュールの炉係合部と炉の取付部との間の解除可能な係合は、いずれの適切な構成または機構を有するものでもよい。いくつかの実施形態では、これら２つの構造体は当接して係合される。他の実施形態では、これらの構造体は、堰冷却パネルおよび炉冷却パネルに、またはこれらの周囲に、物理的に結合または相互接続される。堰冷却パネルおよび炉冷却パネルは好適には共働する構成を有することで、炉と堰モジュールの間の取外し可能な取付けを容易にする。
【００１７】
堰冷却パネルおよび炉冷却パネルにおける、あるいはこれらの周囲の共働構成は、いずれの適切な構成であってもよい。いくつかの実施形態では、炉係合部および堰取付部はそれぞれ、対応する堰冷却パネルおよび炉冷却パネル上に、あるいはこれらの周囲に共働取付構造体を含み、これによって炉と堰モジュールの間の取外し可能な取付けが容易になる。この共働取付構造体は、装着ブラケット、装着台、取付枠体、またはこれらの組合せで構成してもよい。共働取付構造体は、取付機構を利用して取外し可能に取り付けてもよく、取付機構は、少なくとも１つの締結具および共働する収容機能、フックおよび共働する装着機構、締付機構、挟持機構、ロッドおよび孔構造などや、これらの組合せを利用してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、共働取付構造体は、炉から延伸する堰取付枠体と、堰モジュールから延伸して堰取付枠体に取外し可能に取り付けられる共働炉取付枠とを含む。例えば、取付枠体内の共働する開口部内に収容される連結ナットとボルトなどの締結具を使用することで、取付けが容易になることは理解されよう。いくつかの実施形態では、例えばＣ字型板もしくはＵ字型板またはキャップなどの締付機構を炉冷却パネルおよび堰冷却パネルの当接端部、もしくは共働取付構造体の他の部分に係合して、それぞれの当接端部を一緒に留める。上述の板やキャップ、あるいは同様の手段によって共働するボルトおよびナットなどの１つ以上の締結具を挿入して、締付け力を生じる付勢手段を有するＣ字型板またはＵ字型板からの締付け力によって係合を行なってもよい。
【００１９】
炉の堰取付部は、例えば炉の隣り、または周囲に取り付けられ、もしくは固定設置される枠または棚などの装着構造体を含み、使用にあたっては、当該構造体に堰モジュールを装着する。例えば、装着構造体は、堰モジュールを設置できる棚または台として形成できよう。形状によっては、装着構造体は移動機構を含み、移動機構は、例えばクレーンを使用して堰モジュールを炉から遠ざけて、好適には堰モジュールをより移動しやすい／取り外しやすい位置へ移動できる。例えば、装着構造体は、堰モジュールを炉側部から横方向に移動できる治具、可動枠またはレール機構を含んでもよい。いくつかの実施形態では、堰の炉係合部は、治具、ローラまたは同様のものなどの移動機構を含み、これは、装着構造体と共働し、もしくはさもなければ連係して装着構造体上での堰モジュールの動きを容易にする。また、装着構造体は、堰モジュールと炉の間に共働取付構造体の一部を形成可能であることは理解されよう。
【００２０】
好適には、堰冷却パネルおよび炉冷却パネルが共働する構成を有することで、それぞれの冷却パネル間の係合、好適には当接係合を補助する。そのため、堰冷却パネルおよび炉冷却パネルは共働係合構造体を含み、係合構造体は、堰モジュールを炉に取り付けると、実質的に当接および／または係合する。また、堰冷却パネルおよび炉冷却パネルは、相補的な形状を有していてもよい。いくつかの実施形態では、堰冷却パネルは、堰モジュールの後側から延びる平面を有する導電性金属ブロックを備えている。同様に、炉冷却パネルは、炉の側部、好適には炉の底部近傍から延びる平面を有する導電性金属ブロックを備えている。冷却パネルはいずれの適切な熱伝導材でも形成可能であり、好適な実施形態では、冷却パネルは銅製である。銅製の冷却パネルは、好適には、各冷却パネル内の内部熱交換導管またはラインを流れる水などの冷却液によって冷却される。
【００２１】
また、各堰モジュールの炉係合部も溶融材料開口部を有してよく、これは、共働する炉の溶融材料開口部に対し流体封止できる。溶融材料開口部は、堰モジュールの溶融材料流路の開口部からなり、これは、炉の溶融材料流路と共働して流路を封止するように構成されている。溶融材料開口部は、任意の適切な構成を有するものでよい。好適には、堰モジュールの溶融材料流路は、炉の溶融材料流路に対して共働する相補的構成を有し、これにより両流路間の流体封止が容易になる。いくつかの実施形態では、堰モジュールの溶融材料開口部は、炉の溶融材料開口部内、またはその周囲に嵌め込むように構成されている。いくつかの実施形態では、モルタル、セメント、または密係合する耐火材を使用して、堰の溶融材料開口部と炉の溶融材料開口部との間の流体封止を補助する。
【００２２】
これらの実施形態では、溶融材料流路に耐火材を用い、堰モジュールおよび炉の溶融材料開口部の周囲の耐火材はいずれも、封止されて、さらに／または使用により、ならびに炉および堰モジュールの高温状態により、互いに融合することがある。そのため、例えば、堰モジュールと炉の分離工程において、堰モジュールの溶融材料開口部および炉の溶融材料開口部の取り外しを補助する切削作業もしくは他の分離作業による物理的な作業によって堰モジュールを炉から取り外し／取り除くと、耐火材が損傷することがある。そのため、いくつかの実施形態では、堰モジュールの溶融材料開口部および炉の溶融材料開口部はそれぞれ、開口部の周囲に交換可能な耐火材を含んでいる。これにより、損傷した耐火材はいずれも、選択的に交換できる。
【００２３】
各堰モジュールは別体形式のモジュールとして構成され、炉の共働する堰取付部に対して個別に取り付けたり、取り外したりできる。よって、各堰モジュールは、相互接続材料による別体形式の構造体として形成してもよい。これは、いくつかの実施形態において、堰モジュールを耐火材の相互接続構造体、構造部材および支持部材で形成することで達成できる。構造部材は、１または複数の枠体、支持構造体などを含んでいてもよい。例えば、構造部材は、少なくとも１つの金属構造体、好適には鋼構造体を含んでいてもよい。鋼構造体は、好適には鋼殻、例えば円筒状の鋼殻を含む。
【００２４】
堰冷却パネルが堰モジュールの相互接続構造体の一体部分を形成し得ることは、理解されよう。このような実施形態では、堰冷却パネルは堰モジュールの支持構造体の後部構造部材を備えている。好適には、堰冷却パネルは、堰モジュールの鋼殻構造体に取り付け、またはさもなければ一体化することができる。
【００２５】
本発明の堰モジュールは、いずれの適切な乾式冶金炉でも使用可能である。適切な乾式冶金炉には、電気炉、トップサブマージランス（TSL）型炉などが含まれる。
【００２６】
本発明の第２の態様は、上述したような本発明の第１の態様による堰モジュール少なくとも１つと組み合わせた乾式冶金炉を提供する。いくつかの実施形態では、炉は乾式冶金炉からなり、より好適にはトップサブマージランス（TSL）型炉からなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
さて、本発明について添付図面の各図を参照して述べる。添付図面は本発明の特定の好適な実施形態を例示する。
【図１】本発明の実施形態による堰モジュールが反応炉の基部の周囲に取り付けられたトップサブマージランス（TSL）注入炉を示す概略斜視図である。
【図２】本発明に係る堰モジュールを炉冷却パネルと図１の炉から分離した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る堰モジュールが図１の炉に取り付けられた状態を図４の線Ａ−Ａに沿って示す平断面図である。
【図４】本発明に係る堰モジュールが図１の炉に取り付けられた状態を図３の線Ｂ−Ｂに沿って示す側断面図である。
【詳細な説明】
【００２８】
図１は、ひとつの炉としてトップサブマージランス（TSL）型炉10を示し、本炉は本発明に係る堰モジュール100を含む。TSL型炉10に関し以下に提示、記載する詳細な説明は、本炉の一例を示すものに過ぎないことを理解されたい。同様の構成を有する堰モジュール100を他の型式の乾式冶金炉に同じように取り付けることも可能であろう。
【００２９】
初めに図１を参照すると、図１は、本発明による堰モジュール100を備えたTSLランスでトップサブマージランス（TSL）注入法を用いて乾式冶金作業を実施する際の使用に適したTSL型反応炉すなわち炉10を示す。また、炉10の断面を図４に示す。炉10は、溶融槽14（図４参照）を収容するための縦長の円筒状基部12を有し、溶融槽は、スラグを含むか、あるいはスラグの上層を有する。炉10の基部12および天井部16は、典型的には鋼製の外殻20を有し、外殻は適切な耐火材22（図４）で内側から裏打ちされている。
【００３０】
この型式のTSL型炉の操作は周知のものであり、他の特許出願公報、例えば国際公開公報第WO2013000017A号から知ることができ、その公報に記載の内容を引用により本明細書に組み込むこととする。理解すべきことは、炉の操作とは、垂直に懸垂されたランス（図示せず）の使用を意味し、ランスを槽内に下ろして、ランスを通って酸素含有ガスおよび適切な燃料を槽14内に注入する。
【００３１】
図４に最も詳細に示すように、炉10で生成された溶融材料は溶融槽14として炉10の底部60に集まる。本溶融槽14は、炉10の基部90の周囲に取り付けられた堰モジュール100（いくつかの実施形態では、場合によって２つの堰モジュール100）に流体接続されている。堰100と槽14との流体接続は、炉壁94の耐火材22によって形成される流路または導管110の形をとっている。
【００３２】
堰モジュール100の構造を図２〜図４に詳細に示し、これらの図はそれぞれ、本発明の一実施形態による堰モジュール100をTSL型炉10に取外し可能に取り付けた様子を示す斜視図および２つの断面図である。繰り返すが、同様の構造を有する堰モジュール100を他の型式の乾式冶金炉に取り付けることも可能であり、ここで示すTSL型炉10は単なる例であることを理解されたい。
【００３３】
まず炉10に注目すると、炉壁94は堰取付部120を含み、堰取付部は、炉冷却パネル122（図２、図３および図４）と、１つ以上の共働する耐火材124によって形成された溶融材料流路110（図２および図４）と、炉冷却パネル122の周囲に構築されてパネル122を覆う堰取付枠体125（図３）とを備えていることが分かる。耐火材124は、溶融材料流路110の周囲に形成され、炉10の金属殻にある対応する開口部と炉冷却パネル122にある対応する開口部とを通って延伸している。
【００３４】
炉冷却パネル122は材料ブロックからなり、平坦な堰取付側部122A、および炉の外殻20の外側湾曲に沿うように構成された曲状炉当接側部122Bを有する。炉冷却パネル122は、炉の外殻20の一部（断面）に嵌まる。炉10の耐火性ライニング22は、当該パネル122に当接する。炉冷却パネル122は、典型的には銅または他の熱伝導性金属で形成され、堰モジュール100と炉10との間の溶融材料接続部110Aおよび110Bの冷却パネル122の近傍とそれらの周囲の選択された領域を冷却するように構成されている。冷却パネル122は、様々な手段で冷却できる。例示の実施形態では、水などの冷却液を用いて、パネル122内に延伸する一連の冷却導管を使用してパネル122を冷却する。支持梁123が炉殻20から延伸して炉冷却パネル122の基部を支持し、これに着座している。
【００３５】
堰取付枠体125は、炉冷却パネル122の各側部の炉殻20から外方に延伸する鋼溶接枠を備えている。堰取付枠体125は平坦な結合面125Aを備え、対応する炉取付枠体135を結合面に当接させて、例えばボルトなどの共働締結具を使用して取り付けることができる。また、炉10は炉10の外殻20に固定された架台装着構造体150を含み、使用にあたって、構造体150の上に堰モジュール100が着座する。図２および図４に示すように、架台150は間隔をあけて配設された２本のレール150Aおよび150Bを備え、レールの上に堰モジュール100の基部が着座する。レール150Aおよび150Bは下から堰モジュール100を支持することで、モジュール100は、横方向に動いて炉10の位置まで移動し、そこから離れたりし、またそこに取付けたりしやすくなる。このような構成によれば、堰モジュール100を再度取り付ける際に、堰モジュール100の（炉10に対する）垂直方向位置を確実に補正するのに役立てることができる。
【００３６】
例示の堰モジュール100は、アンダーフロー型の堰である。この機構では、接続可能な溶融材料流路110はアンダーフロー流路を備え、これは、炉10の基部にある対応するアンダーフロー開口部に接続され、金属、マットおよびスラグのいずれも堰モジュール100に流入することができる。例示はしないが、本発明はオーバーフロー型の堰として構成することも可能であることを理解されたい。
【００３７】
例示の堰モジュール100は、炉10とは別体の構造を備えている。そこで堰モジュール100は、構造上独立したユニットを構成し、これは、炉係合部130を介して炉10の少なくとも１つの堰取付部120に取外し可能に係合できる。係合部130は、炉10の堰取付部120に対して相補的な形状を有し、堰冷却パネル132と、堰モジュール100の１または複数の共働耐火材134によって形成された溶融材料流路110と、炉冷却パネル122の周囲に構築されて炉冷却パネルを覆うよう構成された炉取付枠体135（図３）とを備えている。耐火材134は、溶融材料流路110の周囲に形成されて、堰冷却パネル132の対応する開口部を通って延伸している。
【００３８】
堰冷却パネル132は材料ブロックからなり、平坦な炉取付側部132A、および堰の曲状内側面を形成するように構成された曲状堰当接側部132B（例えば図３を参照）を有し、堰の曲状内側面に耐火材144を敷設できる。堰冷却パネル132は、典型的には銅または他の熱伝導性金属で形成され、堰モジュール100と炉10との間の溶融材料接続部110Aおよび110Bの冷却パネル122の近傍とそれらの周囲の選択された領域を冷却するように構成されている。冷却パネル132は、様々な手段で冷却できる。例示の実施形態では、水などの冷却液を用いて、パネル132内に延伸する一連の冷却導管を使用してパネル132を冷却する。この領域を冷却することにより確実に、耐火材全体にわたってスラグおよび金属の保護被覆が形成され、溶融材料流路110Aおよび110Bを通り、またその周囲を流れる溶融材料によるこの領域での耐火材の摩耗が低減される。
【００３９】
炉取付枠体135は、堰モジュール10の鋼殻141の外側の周りに接続されて堰冷却パネル132の各側部で延伸する鋼製の枠／ブラケット構造をなしている。炉取付枠体135は共働する平坦な結合面135Aを備え、対応する堰取付枠体125がこれに当接し、接続開口135Bに挿入されたボルトなどの共働締結具を使用して取り付けることができる。炉取付枠体135を炉10の対応する堰取付枠体125に取り付けることにより、耐火材の損傷を招き得る堰モジュール100の単動を防止する。
【００４０】
各堰モジュール100は、別体形式の構造体／モジュールとして構築され、炉10の共働する堰取付部120に対して個々に着脱される。例示の堰モジュール100は、基部136、側部138および天井構造部140を画成する全体として円筒状の鋼殻141を備えている。堰冷却パネル132は、堰モジュール100の構造上の後側部142の一部を形成している。耐火性ライニング144が上述の構造体の内部に敷設され、炉10内の金属槽14から流れてくる溶融材料を収容する。銅製の出銑ブロックまたはバルブ148が堰モジュール100の前側138Aに含まれ、堰モジュール100内から溶融材料を除去可能になる。堰モジュール100の前側142Aにある耐火材144の間に溶融材料アンダーフロー型出銑導管150が形成され、これは、堰モジュール100の内部を出銑ブロック／バルブ148に流体連結するものである。典型的には堰100から溶融材料を取り出すオーバーフロー噴出口151が設けられている。
【００４１】
炉10と堰モジュール100との間の取外し可能な取付けは、堰冷却パネル132および炉冷却パネル122の周囲に形成された共働係合構造によって行なわれる。この点に関し、堰モジュール100および炉10における別々の冷却パネル122、132は、堰モジュール100の構造体と炉10の独立した構造体との間の接続部を形成している。
【００４２】
第一に、堰冷却パネル132および炉冷却パネル122は相補的な形状を有し、本構成は複数の共働する係合面を含み、各係合面は、堰モジュール100を炉10に取り付けると実質的に当接し、冷却パネル122、132間の当接係合を補助する。
【００４３】
第二に、各堰モジュール100と炉10の共働取付けは、任意の適切な機構の形をとってもよい。いくつかの実施形態では、２つの構造体を当接係合する。しかし、例示の実施形態に見られるように、堰を炉に取り付けると、これら構造体は好適には物理的に、結合または相互接続される。このような共働構成は、２つの主要接続部によって得られる。
【００４４】
すなわち、第一に、上述したように炉取付枠体135は、例えば堰取付枠体125および炉取付枠体135のそれぞれの当接結合面125A、135Aに適切に配設された同軸孔に貫入される一連の離間した連係ナットおよびボルトを使用して、炉の対応する堰取付枠体125に取り付けられる。しかし、他の締結および／または締付け機構を用いることも同様に可能であることを理解されたい。
【００４５】
第二に、炉は、炉10に固定されるか、または炉10の隣り、もしくは周りに固定配置された架台装着構造体150を含み、これには、使用状態で堰モジュール100が着座する。架台150は、間隔をあけて設けられた２本のレール150Aおよび150Bを備え、レールによって堰モジュール100は炉10の側部に対して横方向に移動可能となり、堰モジュール100を炉10の側面に取り付け（炉に近づけ）たり、炉から取り外し（炉から離し）たりする。例示しないが、いくつかの実施形態では、堰モジュール100の基部は、堰モジュール100を炉10に取り付けたり、または炉から取り外したりしたい場合に堰モジュール100を炉10の側部の方へ、および側部から離れて横方向に移動させる治具、ローラまたは同様のものを含んでもよい。
【００４６】
堰モジュール100の溶融材料流路110Bと炉10の溶融材料流路110Aの間には、流体封止が望ましい。好適には、堰モジュール100の溶融材料流路110Bは、炉10の溶融材料流路110Aに対して共働的な相補構成を有し、これにより、流路間の流体封止が施しやすくなる。例えば、２つの流路110A、110Bは、締まり嵌め、段嵌め、または他の密封嵌めを施すように構成してもよく、一方の流路110A、110Bの開口部はもう一方の流路110A、110Bの開口部内に、もしくはその周縁に嵌合するように構成されている。いくつかの実施形態では、モルタルまたは他の封止材を使用して、流路間の流体封止を補助してもよい。また、流路110A、110Bの溶融材料開口部の周りに設けられた耐火材は、交換可能な耐火材として構成されている。これにより、損傷した耐火材を選択的に交換できる。
【００４７】
したがって、堰モジュール100は、炉冷却パネル122および堰冷却パネル132を囲繞する上述の取付構造体によって所望の炉10に取り付けたり、炉から取り外したりできる。そのため、点検および保守すべき堰モジュール100を炉10から切り離すことができ、また、炉10に取り付ける堰モジュール100を必要に応じて交換して炉10の運転を再開できる。
【００４８】
また、例示した堰モジュール100は、以下のことが可能な可換モジュールとして使用できる。すなわち、
−  比較的簡単かつ素早く取り外せて、オフラインでの堰の検査および保守作業が可能である。
−  交換用の堰モジュールを装着して炉を完全停止せずにすむようにし、稼働時間を最大限に増加させる。
−  炉の耐火構造を損傷させずに堰を容易に取り外し／交換できる。
−  従来の堰構成に比べて手早く交換できるため、本発明による堰モジュールを交換する必要がある場合、従来の堰構成よりも停止時間が短くなる。
−  TSL型炉を含む多くの乾式冶金炉構成において、既存の銅製出銑ブロックを堰モジュールに置き換える余地があるため、炉の設計を大幅に変更せずとも処理量を（将来のある時点で）増加できる。
【００４９】
トップサブマージランス（TSL）注入は、他の冶金作業にもたらす利点が故に、冶金工程に広く適用できることが知られている。本発明がもたらす進歩によって、現行作業の効率を向上させるTSL技術の利点がさらに増え、例えば一定規模の処理における作業の柔軟性を高めるなど、本技術の応用範囲も広がる。
【００５０】
本明細書で述べた発明は、ここで特定して述べた例以外に変更および変形できることは、当業者であれば理解の及ぶことであろう。本発明がこのような発明の趣旨とその範囲内での変更および変形をすべて包含することは、理解されよう。
【００５１】
本明細書（特許請求の範囲を含む）で使用する用語「含む」、「含まれる」または「備える」は、記載された特徴、数、工程または構成要素の存在を特定するものと解釈すべきであるが、１つ以上の他の特徴、数、工程、構成要素、またはこれらの集まりの存在を排除するものと解すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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