JP2017186596A - 羽口構造 - Google Patents

Abstract

【課題】羽口管の変形や損傷に起因する羽口煉瓦の損耗を抑制することによって、羽口煉瓦の補修頻度を低減させることができる羽口構造を提供する。【解決手段】羽口煉瓦１１に設置される羽口管１２を備えており、羽口管１２は、シームレス構造であって、その素材が、一般構造用圧延鋼材またはステンレス３０４よりも耐熱性および剛性の高い素材によって形成されている．羽口管１２の素材の耐熱性および剛性が高いので、熱による変形を抑制することができる。すると、羽口管１２の変形や損傷に起因する羽口煉瓦１１の損耗を抑制することができるので、羽口煉瓦１１の補修頻度を低減させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、羽口構造に関する。

銅の乾式製錬においては、自溶炉などで銅鉱石から製造した硫化銅からなるカワを転炉で処理して粗銅を製造し、銅精製炉において粗銅から精製粗銅が製造される。そして、この精製粗銅を鋳型で成型することによって、電解精製に使用される銅アノードが製造される。

上述した銅精製炉における精製粗銅の製造では、銅精製炉内の粗銅に複数本の羽口からエアーや炭化水素などを吹込んで、酸化反応や還元反応を生じさせて、粗銅中の酸素および硫黄が除去される。

この銅精製炉において、羽口は約１１５０〜１２００℃程度の熔融状態にある粗銅に浸漬した状態となるため、羽口周辺の煉瓦（羽口煉瓦）は銅精製炉内で最も損耗が激しい。羽口煉瓦が損傷した場合には交換補修が行われるが、羽口煉瓦の交換補修を実施する際には、銅精製炉の上流側の工程（自熔炉、転炉等）の操業度を一時的に下げたり、停止したりしなければならない。すると、精製粗銅の生産効率が低下し、それに伴って銅アノードの生産効率も低下する。すると、最終製品である電気銅の生産効率も低下する可能性があるため、羽口煉瓦の交換補修を少なくすることが求められる。

かかる羽口煉瓦の交換補修を低減させる技術として、特許文献１の技術が開発されている。特許文献１の技術では、羽口煉瓦と羽口蓋との間に電気銅製ブロック体を設け、羽口煉瓦、羽口管、羽口蓋との間に熱伝導性を有するカーボンペーストを充填している。かかる構成とすることによって、羽口煉瓦および羽口管の保有熱を羽口蓋を通じて放散させることができるので、羽口煉瓦の損耗速度を鈍化させ、羽口交換補修の頻度を減少させることができる旨が記載されている。

特開２０１３−１２９８６３号公報

特許文献１の技術によって、羽口煉瓦や羽口管の損傷をある程度は抑えることができるものの、熔融物に浸漬されている羽口管の熱による変形や損傷を十分に防ぐことは難しい。そして、羽口管に変形や損傷が生じた場合には、羽口管を固定している羽口煉瓦に損傷を与える可能性がある。

本発明は上記事情に鑑み、羽口管の変形や損傷に起因する羽口煉瓦の損耗を抑制することによって、羽口煉瓦の補修頻度を低減させることができる羽口構造を提供することを目的とする。

第１発明の羽口構造は、羽口の羽口煉瓦に設置される羽口管を備えており、該羽口管は、シームレス構造であって、その素材が、一般構造用圧延鋼材またはステンレス３０４よりも耐熱性および剛性の高い素材によって形成されていることを特徴とする。
第２発明の羽口構造は、第１発明において、前記羽口管の素材が、ステンレス３１０であることを特徴とする。
第３発明の羽口構造は、第１発明において、前記羽口管の素材が、インコネルまたはハステロイであることを特徴とする。
第４発明の羽口構造は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記羽口は、前記羽口煉瓦の外端に羽口蓋が設けられていることを特徴とする。
第５発明の羽口構造は、第１乃至第４発明のいずれかにおいて、銅精製炉の羽口に使用される羽口構造であることを特徴とする。

第１〜第３発明によれば、羽口管の素材の耐熱性および剛性が高いので、熱による変形を抑制することができる。すると、羽口管の変形や損傷に起因する羽口煉瓦の損傷を抑制することができるので、羽口煉瓦の補修頻度を低減させることができる。
第４発明によれば、羽口蓋を着脱すれば、操業中でも羽口管や羽口煉瓦の交換や補修できるので、羽口管などの損傷に起因する操業効率の低下を抑制できる。
第５発明によれば、羽口煉瓦の補修頻度を低減できるので、銅精製炉の操業効率の低下を抑制できる。

本実施形態の羽口構造を採用する銅精製炉１の羽口１０の概略拡大断面図である。 本実施形態の羽口構造を採用する銅精製炉１の概略説明図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面矢視図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面矢視図である。

本発明の羽口構造は、炉内に空気や各種ガスを送風するための羽口の構造であって、羽口に設置される羽口煉瓦の損傷を抑制することができるようにしたことに特徴を有している。

本発明の羽口構造が採用される炉はとくに限定されない。例えば、銅精製炉の羽口や銅転炉の羽口に使用するこができる。
以下では、本発明の羽口構造を、銅精製炉の羽口に使用した場合を代表として説明する。

（銅精製炉１）
まず、本実施形態の羽口構造が採用される銅精製炉１を簡単に説明する。

図２において、符号１が本実施形態の羽口構造が採用される銅精製炉を示している。この銅精製炉１は、中空な炉体シェル１ａを有している。この炉体シェル１ａは、略円筒状に形成されており、その中心軸周りに回転できるようになっている。

炉体シェル１ａの内部は、粗銅が供給され熔融される空間であり、その内面には煉瓦２がライニングされている。また、炉体シェル１ａの一端には、粗銅を溶融する熱量を供給するバーナー孔３が設けられており、他端には排煙孔４が設けられている。

また、炉体シェル１ａの側面中央部には、転炉から供給される粗銅を受け入れる炉口５が設けられている（図２（Ｂ）参照）。また、炉体シェル１ａの側面において、炉口５に対してバーナー孔３寄りと排煙孔４寄りの２箇所に羽口１０が設けられている。なお、一方の羽口１０（図１ではバーナー孔３寄りの羽口１０）と対向する位置には、精製した粗銅（精製粗銅）を排出するためのタップ孔７が設けられている（図２（Ｃ）参照）。

かかる銅精製炉１では、以下のようにして精製粗銅が製造される。
まず、バーナー孔３からのバーナーによって炉体シェル１ａの内部を加熱しながら、転炉から供給される粗銅を炉口５から受け入れる。ついで、羽口１０が粗銅に浸漬されるように炉体シェル１ａを回転させて(図２（Ｃ）では反時計回り（矢印ａの方向））、羽口１０から粗銅にエアーや炭化水素を吹き込む。すると、粗銅から酸素や硫黄などが除去されるので、精製粗銅が製造される。その後、炉体シェル１ａを回転させれば(図２（Ｃ）では時計回り（矢印ｂの方向））、タップ孔７から精製粗銅を排出することができる。

（本実施形態の羽口構造）
上述した銅精製炉１では、羽口１０に、本実施形態の羽口構造が採用されている。
図１において、符号１２は、エアーや炭化水素を粗銅に吹き込みための羽口管を示している。この羽口管１２は、羽口煉瓦１１によって保持された状態で、炉体シェル１ａに固定されている。なお、羽口煉瓦１１の外端には、操業中に(あるいは熱間での)羽口の交換補修を実施するために羽口蓋１４が設けられている。

本実施形態の羽口構造では、上述した羽口管１２にＳＵＳ３１０（ステンレス３１０）製のパイプを使用している。従来、羽口管には、ＳＳ（一般構造用圧延鋼材）製のパイプやＳＵＳ３０４（ステンレス３０４）製のパイプが使用されていたが、本実施形態の羽口構造では、ＳＳ製やＳＵＳ３０４製のパイプに比べて、耐熱性および剛性の高い素材であるＳＵＳ３１０で製造されたパイプを使用している。

しかも、羽口管１２は、その円周方向に沿って移動しても、溶接などの継ぎ目の無い構造を有している。つまり、羽口管１２は、シームレス構造を有している。

このため、羽口管１２に粗銅からの熱が加わっても、羽口管１２の熱による変形や損傷が生じにくくなっている。具体的には、羽口管１２の熱膨張や熱による軟化に起因した折れ曲がり等が生じにくくなっている。また、シームレス構造であるので、継ぎ目の有る管等のように、継ぎ目が損傷して管が開いたり、継ぎ目部分と他の部分の熱膨張係数の相違に起因して断面形状が大きく変化したりすることもない。したがって、羽口管１２の変形等による羽口煉瓦１１の損傷を防ぐことができる。

つまり、羽口煉瓦１１は脆性材料であり弾性がほとんどないので、羽口管１２に熱膨張等が発生すれば、破損が生じやすい。しかし、ＳＵＳ３１０で製造されたパイプを羽口管１２に使用すれば、羽口管１２の変形や損傷を抑えることができるので、羽口煉瓦１１の損耗も抑制することができる。

羽口煉瓦１１の損耗を抑制できれば、羽口煉瓦１１の補修頻度を低減させることができるので、銅精製炉の操業効率の低下を防止でき、最終製品である電気銅の生産効率の低下も防止できるという利点が得られる。

なお、羽口管１２には、ＳＵＳ３１０製のパイプ以外でも使用することは可能である。つまり、従来、羽口管１２のパイプ素材として使用されていたＳＳやＳＵＳ３０４よりも、耐熱性および剛性の高い素材で形成されたパイプを使用することもできる。例えば、インコネルやハステロイなどで形成されたパイプを羽口管１２として使用することも可能である。そして、かかる素材で羽口管を形成する場合も、シームレス構造とすることが望ましい。

本発明の羽口構造によって、羽口煉瓦の損傷を低減できることを確認した。

実験では、銅アノードを生産するプロセスにおける銅精製炉において、羽口管として、ＳＵＳ３１０製のパイプを使用した場合（実施例）と、従来のＳＵＳ３０４製のパイプを使用した場合（比較例）について、羽口煉瓦補修までの銅精製炉の操業回数を比較した。

なお、使用した羽口管は、実施例、比較例で同じ寸法のものを使用した。

結果を表１に示す。
なお、表１における「ｎ」は羽口煉瓦を補修した回数を示しており、「平均」は各補修間の銅精製炉の操業回数(つまり補修なしで連続操業した回数)の平均値を示している。

表１に示すように、実施例では、比較例に比べて、バーナー側では約１．３倍、排煙側では約１．８倍の回数、羽口煉瓦を補修することなく銅精製炉を連続して操業することができた。

この結果から、ＳＵＳ３１０製のパイプ、つまり、従来のパイプに比べて耐熱性等に優れたパイプを使用することによって、羽口煉瓦の損傷を低減できることが確認された。

本発明の銅精製炉における羽口構造は、銅アノードを生産するプロセスにおける銅精製炉の羽口煉瓦や、銅転炉の羽口煉瓦の保護方法に適している。

１ 銅精製炉
１０ 羽口
１１ 羽口煉瓦
１２ 羽口管

Claims (5)

1. 羽口の羽口煉瓦に設置される羽口管を備えており、
   該羽口管は、
   シームレス構造であって、
   その素材が、
   一般構造用圧延鋼材またはステンレス３０４よりも耐熱性および剛性の高い素材によって形成されている
   ことを特徴とする羽口構造。
2. 前記羽口管の素材が、ステンレス３１０である
   ことを特徴とする請求項１記載の羽口構造。
3. 前記羽口管の素材が、インコネルまたはハステロイである
   ことを特徴とする請求項１記載の羽口構造。
4. 前記羽口は、
   前記羽口煉瓦の外端に羽口蓋が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の羽口構造。
5. 銅精製炉の羽口に使用される羽口構造である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の羽口構造。
   
   

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