(57)【要約】【課題】  レンガの膨張による壁部の崩落を防止し、炉の長期間に渡る連続運転可能とする。【解決手段】  内壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂの外側に外壁部を配置した壁部１４、１５、１６を筒状に形成してなり、前記外壁部が金属製の壁部とされるとともに、前記内壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂが複数のレンガを積み上げて構成されており、炉から発生する高温の排ガスを後段の装置へ導く立ち上がり煙道１３であって、前記内壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂが１以上の領域に区画されるとともに、該区画された領域の外周部に水路１９内に冷却媒体を流動させる冷却ジャケット１８が配置されていることを特徴とする。【選択図】    図５
2005233533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁部の外側に外壁部を配置した壁部を筒状に形成してなり、前記外壁部が金属製の壁部とされるとともに、前記内壁部が複数のレンガを積み上げて構成されており、炉から発生する高温の排ガスを後段の装置へ導く立ち上がり煙道であって、
前記内壁部が１以上の領域に区画されるとともに、該区画された領域の外周部に水路内に冷却媒体を流動させる冷却ジャケットが配置されていることを特徴とする立ち上がり煙道。
【請求項２】
請求項１記載の立ち上がり煙道において、
前記冷却ジャケットが縦方向と横方向に配置されており、前記横方向に配置された冷却ジャケットの少なくとも一つに、前記外壁部に固定されたステイを介して該冷却ジャケットを支持する棚板が設けられ、該棚板とレンガとの間に膨張吸収材が設けられていることを特徴とする立ち上がり煙道。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の立ち上がり煙道において、
前記横方向に配置された冷却ジャケットが、該冷却ジャケットを前記外壁部方向に付勢する付勢手段と、前記冷却ジャケットを上下方向に移動可能にする支持手段とを備えていることを特徴とする立ち上がり煙道。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶錬炉等に設けられる立ち上がり煙道に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銅の製錬装置としては、酸化反応を手段とし連続した複数炉方式による連続製錬装置が知られている。この連続製錬装置は、酸素富化空気とともに供給された銅精鉱を溶解、酸化し、主成分が硫化銅及び硫化鉄の混合物からなるマットと、銅精鉱中の脈石、溶剤、酸化鉄等からなるスラグとを生成する熔錬炉と、この熔錬炉により生成されたマットとスラグとを分離する分離炉と、分離されたマットをさらに酸化して粗銅を生成する製銅炉と、この製銅炉で生成された溶湯を精製して、より品位の高い銅を生成するために複数設置された精製炉とから構成されている。この熔錬炉及び製銅炉には、銅精鉱、酸素富化空気、溶剤、冷剤等を炉内に供給するための複数の管からなる複数のランスが設けられている。また、分離炉は電極を備えた電気炉とされている。そして、これら熔錬炉、分離炉、製銅炉及び精製炉は、この順に高低差が付けられているとともに、溶湯の流路である樋により連絡され、溶湯はこの樋を重力により流下するようになっている。
【０００３】
上記構成で銅を精錬するには、乾燥した銅精鉱とフラックスとを酸素富化空気を吹き込む。溶錬炉では、原料の溶解と酸化反応が進行し、主成分が硫化銅及び酸化鉄の混合物からなるマットと、銅精鉱中の脈石、溶剤、酸化鉄等からなるスラグが生成される。このマットと、スラグとは、溶錬炉と分離炉とを連結する樋によって、分離炉に送られ、ここで比重差により下層のマットと、上層のスラグとに分離される。分離路のスラグは、オーバーフローしており液面一定となっている。ここで、生成されたスラグには銅がほとんど含まれていないため、そのまま系外に放出される。
【０００４】
一方、分離炉で分離されたマットは、分離炉と製銅炉とを連結する樋により、製銅炉に送られる。この製銅炉では、さらに酸素富化空気を吹き込んでマット中の硫黄と鉄分を酸化し、純度９８．５％の粗銅を得る。製銅炉において、連続的に生成された粗銅は、精製炉に注入される。また、この製銅炉における酸化の工程では、銅の一部も酸化してスラグの中に取り込まれてしまう。即ち、スラグを水砕により固体粉末化し、乾燥後、溶錬炉に挿入して、銅精鉱とともに溶解させて銅の回収を図っている。精製炉は、３基設けられているものであり、１基の精製炉が製銅炉より生成された溶湯（溶解した金属鉱であり、ここでは溶解した粗銅を意味する。）を受け入れている間に、他の精製炉では、あらかじめ受け入れられた溶湯を酸化、還元して溶湯からアノードとして鋳造する作業を並行して行うものである。
【０００５】
ここで、溶錬炉に設けられている立ち上がり煙道は、炉とその後段に設けられる装置（例えば、ボイラーや排ガス処理装置等）との間に設けられたものであり、炉内において発生した高温の排ガスを後段の装置へと導くものである。
従来、この立ち上がり煙道の壁部は、積み上げられたレンガにより構成されたものであったが、高温の排ガスによりレンガが膨張してしまうという問題があった。（例えば、特許文献１参照。）。
この問題を解決するため、改良された立ち上がり煙道の壁部としては、積み上げられたレンガと、このレンガを仕切ることで分割する棚板と、この棚板の下部に配置された膨張吸収材とから構成されたものが提供されている。この立ち上がり煙道は、炉本体の天井からほぼ垂直に立ち上げられており、その上端は、断面略矩形状に形成されている。壁部の膨張吸収材には、レンガが膨張した分の膨張代があらかじめ設けられており、高温の排ガス等によりレンガが膨張したことによる壁部全体に渡る変形を防止するものである。
【特許文献１】特開２０００−０６３９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した特許文献１記載の立ち上がり煙道においては、炉内において生じた高温の排ガスを後段の装置に排出するものであるが、高温の排ガスが鉄分、銅分、硫黄分等を含んでおり、これらの物質が立ち上がり煙道を形成するレンガと反応して、レンガを変質させる。この結果、レンガが理論膨張率をはるかに越えて膨張して、図９に示すように壁部１０１が膨張吸収材の膨張代を越えて変形してしまい、立ち上がり煙道の内側に向かってせり出して行き、その後煙道の内側に崩落してしまうという問題があった。また、立ち上がり煙道の崩落を防止するため、メンテナンス及び補修を細かく行わなければならないので、手間がかかるという問題もあった。また、このメンテナンスのために炉を停止させなければならないので、炉の長期間に渡る連続した運転を行うことができないという問題もあった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、レンガの膨張による壁部の崩落を防止し、炉の長期間に渡る連続運転を可能とする立ち上がり煙道を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、内壁部の外側に外壁部を配置した壁部を筒状に形成してなり、前記外壁部が金属製の壁部とされるとともに、前記内壁部が複数のレンガを積み上げて構成されており、炉から発生する高温の排ガスを後段の装置へ導く立ち上がり煙道であって、前記内壁部が１以上の領域に区画されるとともに、該区画された領域の外周部に水路内に冷却媒体を流動させる冷却ジャケットが配置され、該冷却ジャケットが前記外壁部に固定されていることを特徴とする。
この発明に係る立ち上がり煙道によれば、炉から発生する高温の排ガスにより内壁部を構成するレンガが膨張する場合でも、冷却ジャケットにより壁部が複数の区画されていることにより、高温の排ガスによる内壁部の張り出しをその区画内だけに抑えることができるので、壁部の崩落を防止する。また、冷却ジャケットにより壁部の温度上昇を抑えることができるので、レンガの膨張を低減させることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の立ち上がり煙道において、前記冷却ジャケットの下面側に、前記外壁部に固定されたステイを介して該冷却ジャケットを支持する棚板が設けられ、該棚板とレンガとの間に膨張吸収材が設けられていることを特徴とする。
この発明に係る立ち上がり煙道によれば、ステイに支持された棚板が、冷却ジャケットを支持していることにより、冷却ジャケットを堅固に固定できる。また、棚板の下に膨張吸収材を備えていることにより、レンガの膨張が生じても、内壁部の変位を膨張吸収材により抑えることができるので、内壁部のせり出しをより確実に防止できる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の立ち上がり煙道において、前記横方向に配置された冷却ジャケットが、該冷却ジャケットを前記外壁部方向に付勢する付勢手段と、前記冷却ジャケットを上下方向に移動可能にする支持手段とを備えていることを特徴とする立ち上がり煙道。
この発明に係る立ち上がり煙道によれば、横方向に配置された冷却ジャケットが付勢手段によって外壁方向に付勢され、かつ支持手段によって上下方向に移動可能とされていることにより、横方向の冷却ジャケットがレンガの膨張により内壁部の張り出されても、移動手段によって上下方向に移動可能であるが、付勢手段の付勢力によって外壁方向に付勢されているため、横方向の冷却ジャケットの崩落を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高温の排ガスによりレンガが膨張しても、冷却ジャケットにより内壁部が分割されているため、大きな変形を防止することができる。また、この立ち上がり煙道は、冷却ジャケットにより内壁部を冷却しつづけているため、温度上昇を抑えることができる。したがって、立ち上がり煙道は崩落することが無く、長期間に渡って連続運転が可能となるとともに、崩落を防止するために行うメンテナンスの手間もかからない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明を用いた複数炉方式による銅の連続製錬装置１である。この連続製錬装置１は、熔錬炉２と、分離炉３と、製銅炉４と、精製炉５とから構成されている。また、この連続製錬装置１は、溶錬炉２、分離炉３、製銅炉４、精製炉５の順に高低差が設けられているとともに、これらの炉の間には、樋６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設けられている。
溶錬炉２及び製銅炉４には、それぞれの天井部に垂下され二重管構造を有するランス７、８が複数設けられており、分離炉３には、電極９が設けられている。
【００１３】
図２、３に示すように、溶錬炉２は、有底円筒状に形成された炉本体１１と、この炉本体１１を覆い被さるように設けられた天井部１２と、略垂直に立ち上げられた立ち上がり煙道１３とから構成されている。この立ち上がり煙道１３は、４つの壁部に囲まれて形成されたものであり、この後段に配置された図示しない装置（例えば、除熱ボイラーや排ガス処理装置等）と接続されている。
【００１４】
図４に示すように、この立ち上がり煙道１３は、筒状に形成されたものであり、略平行に形成されて対向する壁部１４、１５と、断面アーチ状に形成された壁部１６と、同じく断面アーチ状に形成された壁部１７とから構成されている。この壁部１４、１５、１６、１７は、例えば鉄等の金属製の外壁部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ、１７Ａと、複数のレンガを積み上げられて構成された内壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂ、１７Ｂとから構成されている。また、図５及び図６に示すように、壁部１４、１５、１６は、縦方向及び横方向に配設された冷却ジャケット１８を備えている。この冷却ジャケット１８は、無垢の鉄ブロックにドリル等により穴繰りをして形成された水路１９が設けられている。この水路１９には、外部より冷却水を取り入れる取入れ口が設けられており、これにより水路１９内に冷却水が循環されている。
この冷却ジャケット１８は、壁部１４、１５、１６のそれぞれ縦方向に直線上に、横方向に縦方向のものを直交する方向に３列に配設されている。この縦方向に配置された冷却ジャケット１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、外壁部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａに溶接により固定された剛体構造とされている。また、横方向に配置された冷却ジャケット１８Ａの背面側には、外壁部１６Ａ側（図８左側）に向けて付勢力が作用している付勢手段４１が設けられている。
【００１５】
具体的には、図８に示すように、横方向に配置された冷却ジャケット１８Ａは、外壁部１６Ａ側に取り入れ口４２が設けられている。冷却ジャケット１８Ａと外壁部１６Ａとの間には、隙間４３が設けられている。冷却ジャケット１８Ａの背面側には、軸部４４が設けられている。外壁部１６Ａには、上下方向に長方形状に形成された貫通孔（支持手段）４５が形成されており、軸部４４は、この貫通孔４５に挿通して外壁部１６Ａの外側に突出されている。軸部４４には、ネジが形成されており、端部にナット４６が締め付けられている。このナット４６と外壁部１６Ａと接する押さえ片４７との間には、スプリング４８が設けられている。このスプリング４８は、冷却ジャケット１８Ａに外壁部１６Ａ側に向けた付勢力を与えるものである。冷却ジャケット１８Ａは、レンガが膨張しても後述キャスタブル３０の変位分だけ上下方向に移動可能となっているが、軸部４４が貫通孔４５に挿通していることにより、貫通孔４５の長手方向に沿って変位する。
【００１６】
なお、冷却ジャケット１８Ｂ，１８Ｃについても同様の構成とされている。このスプリング４１により、冷却ジャケット１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、立ち上がり煙道１３の内側にせり出す力が作用しても、スプリング４１の圧縮力により外壁部１４Ａ，１５Ａ，１６Ａ側に引っ張られるため、せり出しを防止できる。
図４に示すように、冷却ジャケット１８は、壁部１４、１５、１６を複数の領域に区画しており、この区画ごとに内壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂのレンガが積み上げられている。即ち、内壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂは、複数の領域に区画されるとともに、その区画された領域の外周部に冷却ジャケット１８が配置されている。また、スプリング４８の形状も図８に示すものに限るものではなく、板バネや皿バネなどであっても良い。
【００１７】
図７に示すように、立ち上がり煙道１３の壁部１６の内壁部１６Ｂは、冷却ジャケット１８と、その下部に配置された棚板２１と、この棚板２１を支持するステイ２２と、セラミックウール（アルミナ）等により形成された膨張吸収材２３と、レンガにより構成されるレンガ壁部２４とから構成されている。また、内壁部１６Ｂのレンガ２５とレンガ２６との間は、棚板２７と、により形成された膨張吸収材２８と、ステイ２９とを備えており、棚板２７及び膨張吸収材２８は、壁部１４、１５、１６の横方向に延在して配設されている。なお、この棚板２１、２７は、壁部１４、１５、１６に固定して配置されているものではない。また、この冷却ジャケット１８の立ち上がり煙道１３内側には、高温の排ガスが直接冷却ジャケット１８に接しないように保護するキャスタブル（不定形耐火物）３０が設けられている。なお、壁部１４、１５も同様の構成とされている。
【００１８】
上記構成からなる立ち上がり煙道１３を用いた連続製錬装置１の製錬方法について説明する。前述したように、乾燥した銅精鉱とフラックスとを酸素富化空気と共に溶錬炉２内にランス７により吹き込み、溶錬炉２内の酸化反応を進行させ、主成分が硫化銅及び硫化鉄の混合物からなるマットと、銅精鉱中の脈石、溶剤、酸化鉄等からなるスラグを生成する。
【００１９】
ここで、溶錬炉２において、溶湯を生成する際に、高温の排ガスが発生する。この排ガスは、図２、３に示すように、立ち上がり煙道１３に誘導されて後段に配置されている図示しない装置により処理される。図２に示すように、この立ち上がり煙道１３は、上面視して略断面矩形状に形成されたものであるが、これは立ち上がり煙道１３を炉中心部より離れた位置に配置するとともに、ランス８を炉中央付近に配置するためであり、このランス８の設置及び交換作業等の関係から、立ち上がり煙道１３とランス８とが干渉しないようになっている。
【００２０】
炉内において生じる高温の排ガスには、鉄分、銅分、硫黄分等の物質が含まれており、レンガと反応して、排ガスの高温によるレンガの膨張を促進して、図７に示す内壁部１６Ｂのレンガ壁部２４のせり出しを引き起こす。しかし、図４から図６に示すように、この立ち上がり煙道１３は、外壁部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａに固定された冷却ジャケット１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、付勢手段４１により外壁部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａに付勢されている冷却ジャケット１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃでレンガ壁部２４を複数の領域に区画していることにより、レンガの膨張によるレンガ壁部２４のせり出しをその分割した領域内だけで抑える。また、図７に示すように、レンガが膨張した際、その膨張した増加分を膨張吸収材２３、２８により吸収する。即ち、膨張吸収材２３、２８は、レンガ壁部２４の膨張による変位分だけの膨張代をあらかじめ備えており、この膨張代の分のレンガ壁部２４の膨張した分をこの膨張代で補うことにより、壁部１６の変形を防止する。また、棚板２１、２７は固定されずに配設されていることにより、膨張吸収材２３、２８が変位しても、その変位にあわせて自在に位置を移動できるようにする。壁部１４、１５も上述した壁部１６と同様の作用により崩落を防止している。
【００２１】
さらに、図５に示すように、冷却ジャケット１８内には、冷却水が循環しているため、立ち上がり煙道１３内を移動する高温の排ガスにより壁部１４、１５、１６の内壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂの温度が上昇しても除熱を行って、温度上昇を抑える。また、図７に示すように、冷却ジャケット１８の立ち上がり煙道１３内側にキャスタブル３０が設置されていることにより、冷却ジャケット１８と排ガスとが接することにより生じる冷却ジャケット１８の表面の低温腐食を防止することができる。
【００２２】
上述した溶錬炉２において生成されたマットとスラグとは、樋６Ａにより分離炉３に送られ、ここで比重差により下層のマットと上層のスラグとに分離される。分離炉３のスラグは、オーバーフローしており、液面一定になっている。ここで生成されたスラグには、銅分がほとんど無いのでそのまま系外に取り出される。分離炉３で分離されたマットは、樋６Ｂを介して製銅炉４に送られる。製銅炉４では、さらに酸素富化酸素を吹き込んでマット中の硫黄と鉄分とを酸化し、純度９８．５％の粗銅からなる溶湯を生成する。製銅炉４において連続的に生成された溶湯は、樋６Ｃに排出される。また、このプロセスにおいて、製銅炉４における酸化の工程では、銅の一部も酸化してスラグの中に取り込まれてしまう。つまり、製銅炉４のスラグには、酸化鉄と共にかなりの酸化銅（１４〜１６％）が含まれる。このため、通常のプロセスでは、製銅炉４のスラグの水砕により固体粉末化し、乾燥後、溶錬炉２に導入して、再び溶解させて銅の回収を図っている。
【００２３】
製銅炉４により生成された溶湯は、図１に示すように樋６Ｃを通って、精製炉５に注入される。ここで、精製炉５は、３基設けられているものであり、例えば第１の精製炉５Ａが製銅炉４より生成された溶湯を受け入れている間に、他の精製炉５Ｂ、５Ｃでは、あらかじめ受け入れられた溶湯を酸化、還元して溶湯からより品質を向上させたアノードを鋳造する作業を並行して行うものである。これにより、銅を精製することができる。
【００２４】
上記の構成によれば、外壁部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａに固定された冷却ジャケット１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び、付勢手段４１により外壁部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａに付勢された冷却ジャケット１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃよって壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂが分割されているため、レンガが膨張した場合でも、分割された区画内だけでせり出しを抑えることができるので、崩落を防止できる。したがって、溶錬炉２の長期間に渡る連続運転ができるとともに、メンテナンスを細かく行う必要もなくなるので作業効率を向上させることができる。
また、上記構成によれば、冷却ジャケット１８内に冷却水が循環しているため、高温の排ガスにより壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂのレンガが高温にさらされても、壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂを冷却することができるので、壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂの膨張を最低限に抑えることができる。
また、上記構成によれば、膨張吸収材２３、２８が設けられていることにより、レンガにより生じる壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂの変位をあらかじめ膨張代として設定されているため、レンガの膨張分を吸収するので、壁部１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂが大きく変形することがない。
【００２５】
また、上記構成によれば、冷却ジャケット１８の煙道内側にキャスタブル３０が設けられていることにより、冷却ジャケット１８と、立ち上がり煙道１３内を移動する高温の排ガスとが直接接触することが無いので、冷却ジャケット１８の低温腐食を防止することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては、本発明を連続製錬装置の溶錬炉に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば製銅炉等にも適用することができる。これによっても、上記実施の形態と同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態に係る連続製錬装置の概略構成図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る立ち上がり煙道を用いた溶錬炉の断面図である。
【図３】図２における溶錬炉の断面図である。
【図４】この発明の一実施形態に係る立ち上がり煙道の断面図である。
【図５】図４における立ち上がり煙道をＢ−Ｂ面から見た断面図である。
【図６】図４における立ち上がり煙道をＣ−Ｃ面から見た断面図である。
【図７】この発明の一実施形態に係る立ち上がり煙道の要部を拡大した断面図である。
【図８】この発明の一実施形態に係る立ち上がり煙道のスプリングを示した図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】従来の溶錬炉における立ち上がり煙道の断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１３  立ち上がり煙道
１４  壁部
１４Ａ  外壁部
１４Ｂ  内壁部
１５  壁部
１５Ａ  外壁部
１５Ｂ  内壁部
１６  壁部
１６Ａ  外壁部
１６Ｂ  内壁部
１８  冷却ジャケット
１９  水路
２２，２９  ステイ
２１，２７  棚板
２８  膨張吸収材
【図１】
2005233533.tif 000003
【図２】
2005233533.tif 000004
【図３】
2005233533.tif 000005
【図４】
2005233533.tif 000006
【図５】
2005233533.tif 000007
【図６】
2005233533.tif 000008
【図７】
2005233533.tif 000009
【図８】
2005233533.tif 000010
【図９】
2005233533.tif 000011