ランス口の構造体
【課題】ランス口及びランス口近傍の構造の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸発生率の悪化を抑制することが可能なランス口の構造体を提供する。
【解決手段】銅製錬用の自溶炉の内壁に付着する融着物に向けて還元剤を吹き付けるランス２を自溶炉内へ挿入するためのランス口１１２を、自溶炉のアップテイク部の炉天井に形成するランス口構造体２０であって、自溶炉のアップテイク部の炉天井に設けられ、ランスが侵入可能な大きさのランス口を形成する筒状の周壁を有するウォータジャケット部２８と、ウォータジャケット部の周壁内に設けられた、冷却媒体の流通が可能な冷却管路４２ａ，４２ｂと、を備えたランス口構造体である。
【解決手段】銅製錬用の自溶炉の内壁に付着する融着物に向けて還元剤を吹き付けるランス２を自溶炉内へ挿入するためのランス口１１２を、自溶炉のアップテイク部の炉天井に形成するランス口構造体２０であって、自溶炉のアップテイク部の炉天井に設けられ、ランスが侵入可能な大きさのランス口を形成する筒状の周壁を有するウォータジャケット部２８と、ウォータジャケット部の周壁内に設けられた、冷却媒体の流通が可能な冷却管路４２ａ，４２ｂと、を備えたランス口構造体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自溶炉のランス口の構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅製錬用の自溶炉では、乾燥した微粉の銅精鉱と、酸素富化空気あるいは高温熱風とを、炉内に同時に吹き込み、瞬間的に化学反応（酸化反応）を起こさせて、マット（銅が６０〜６５％含まれる）とスラグ（銅が１％前後含まれる）に分離する。なお、自溶炉は、反応シャフト、セットラ、及びアップテイクと呼ばれる部分を有している。
【０００３】
自溶炉では微粉の銅精鉱を反応シャフト滞留中の短時間のうちに酸化することから、過酸化物の生成が不可避であり、発生した過酸化物はダストとして排ガス気流と共にセットラからアップテイクを介して廃熱ボイラ内へと流入する。過酸化物は一般に高融点であることから、その一部は比較的温度の低いセットラやアップテイクの内壁に融着し、ベコと称される融着物（融着ダスト）となる。この融着ダストは放置すると次第に成長しアップテイク内部の閉塞トラブルを引き起こしたりするおそれがある。
【０００４】
そこで、最近では、融着ダストを有効に除去できる非鉄製錬炉の炉内付着物除去方法及び装置が、自溶炉において適用されつつある（例えば、特許文献１参照）。この炉内付着物除去方法及び装置では、ランスと呼ばれる部材を自溶炉に設けられた開口（ランス口）から炉内に挿入して、当該挿入状態で、融着ダストに向けてランスから還元剤（例えば炭材粉や粉コークス）を吹き付ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４０２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、自溶炉を実際に約３年使用して定期修理を行ったところ、ランス口を構成する部材（ＳＵＳ３１６Ｌなどを材料とする）が、熱負荷により腐食し、当該部材全体の３０％が損耗していたことが判明した。また、ランス口周辺の耐火物（キャスタとも呼ばれる）は、熱負荷により自溶炉内に脱落し、更に、自溶炉を形成するレンガのうちランス口に隣接するもの（例えば４列分のレンガ（例えば、元厚３７５ｍｍ））も、熱負荷により、厚さ２００ｍｍ程度まで損耗していたことが判明した。なお、ランス口に隣接していないレンガは、厚さ２５０ｍｍ〜２７０ｍｍ程度を維持していた。
【０００７】
このように、ランス口を構成する部材やランス口近傍の部材は、熱負荷による損耗や破損が激しいため、当該損耗部分や破損部分からガス漏洩が生じるおそれがあった。また、ガス漏洩のみならず、外部気体（フリーエアー）が自溶炉内に侵入することで、廃酸発生率が悪化するおそれもあった。
【０００８】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ランス口及びランス口近傍の構造の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸発生率の悪化を抑制することが可能なランス口の構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のランス口の構造体は、銅製錬用の自溶炉の内壁に付着する融着物に向けて還元剤を吹き付けるランスを前記自溶炉内へ挿入するためのランス口を、前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に形成する、ランス口の構造体であって、前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に設けられ、前記ランスが侵入可能な大きさのランス口を形成する筒状の周壁を有する構造体本体と、前記構造体本体の前記周壁内に設けられた、冷却媒体の流通が可能な冷却管路と、を備えている。
【００１０】
これによれば、筒状の周壁を有する構造体本体の内部に設けられた冷却管路を冷却媒体が流通することで、構造体本体の熱負荷による損傷を抑制することができる。また、構造体本体の周辺に存在する自溶炉の一部における熱負荷による損傷も抑制することができる。これにより、構造体本体及びランス口近傍の構造部材の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸発生率の悪化を抑制することが可能である。
【００１１】
この場合において、前記構造体本体は、前記周壁の一部を形成する周壁部材を複数結合した構造を有することとすることができる。かかる場合には、構造体本体が複数の周壁部材に分離可能な構造となっていることから、構造体本体の製造（例えば、鋳造）を行う製造装置の小型化を図ることができる。また、構造体本体を現場（設置場所）にて組み立てることができるので、搬送の容易化、スペース効率の向上、及び組み立て作業の高効率化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体の少なくとも一部が、耐熱性かつ耐蝕性の材料でコーティングされていることとすることができる。かかる場合には、構造体本体の損傷を抑制することができるので、より長寿命とすることが可能となる。この場合、前記耐熱性かつ耐蝕性の材料は、Ｎｉ−Ｃｒ系合金及びＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金のいずれかであることとすることができる。この場合、材料としては、インコネル（スペシャルメタル社の商品名）を用いることができる。インコネルは、耐熱性、耐蝕性、耐酸化性、及び耐クリープ性などの高温特性に優れているため、構造体本体の熱負荷による損傷を効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体の周壁の前記ランスが侵入してくる側の端部に設けられ、前記構造体本体とは異なる材料で形成された、前記ランスが侵入可能な大きさの開口を有する筒状部材と、前記筒状部材と前記構造体本体との間に設けられ、前記筒状部材と前記構造体本体との間における気体の流通を遮断する環状のパッキン部材と、を更に備えることとすることができる。かかる場合には、構造体本体のランスが侵入してくる側の端部、すなわち、熱負荷による影響の少ない場所に、構造体本体とは異なる材料の筒状部材を設けることができる。この場合、筒状部材として、比較的熱に弱く、安価な材料を用いても寿命に影響がないため、低価格で、長寿命なランス口の構造体を製造することが可能となる。この場合、前記構造体本体の材料は、銅であり、前記筒状部材の材料は、オーステナイト系ステンレスであることとすることができる。また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体と前記レンガとの間に、不定形耐火物が設けられていることとすることができる。
【００１４】
また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体のランス口を介した、前記自溶炉内外の気体の流通を抑制する蓋部材を更に備えることとすることができる。かかる場合には、ランス口を介した自溶炉内外の気体の流通を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のランス口の構造体は、ランス口及びランス口近傍の構造の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸の発生率の悪化を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】銅製錬用自溶炉を模式的に示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ランス口構造体及び当該ランス口構造体近傍の構成を示す図である。
【図４】ウォータジャケット部及びＳＵＳ部の断面図である。
【図５】図５（ａ）は、ウォータジャケット部の平面図であり、図５（ｂ）は、ＳＵＳ部の平面図である。
【図６】周壁部材のＢ−Ｂ線断面図（展開した断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、一実施形態の銅製錬用自溶炉１００について、図１〜図６に基づいて、説明する。図１には、銅製錬用自溶炉１００の構成が模式的に示されている。図１に示すように、自溶炉１００は、反応シャフト１０１、セットラ１０２及びアップテイク１０３を有する。また、自溶炉１００には、廃熱ボイラ２００が接続されている。
【００１８】
自溶炉１００では、反応シャフト１０１の頂部から乾燥した微粉の銅精鉱と、溶剤として添加される珪酸と、酸素富化空気又は高温熱風とが同時に吹き込まれる。そして、銅精鉱と、酸素富化空気又は高温熱風とが瞬間的に酸化反応を起こし、その反応熱で銅精鉱が溶解し、セットラ１０２にてマット１０４（Ｃｕを６０％程度含む）とスラグ（Ｃｕを１％程度含む、不図示）とに分離される。
【００１９】
マット１０４は、後工程の転炉にて更に製錬され、粗銅となる。一方、スラグは、自溶炉に付属した錬かん炉（不図示）へと送られる。そして、スラグは、錬かん炉にて含有するＣｕの一部が回収された後、海水にて水砕処理され、セメント原料などとして用いられる。
【００２０】
自溶炉１００内で発生する排ガスは、温度が約１３００℃で、ＳＯ2濃度が１０％〜４０％である。この排ガスは、アップテイク１０３の出口開口部１０５から廃熱ボイラ２００へと送給される。廃熱ボイラ２００では、排ガスが冷却されるとともに、顕熱が高圧蒸気として回収される。そして、排ガスは、電気集塵機で除塵された後、硫酸工場へと送給され、ＳＯ2が硫酸として回収されることになる。
【００２１】
図２には、図１のＡ−Ａ線断面図が示されている。この図２に示すように、アップテイク１０３の天井壁には、ランス口１１２を形成するランス口構造体２０が設けられている。また、ランス口構造体２０の近傍には、炉内付着物除去装置５０が設けられている。
【００２２】
炉内付着物除去装置５０は、図２に示すように、ランス２と、移動体５と、ランス旋回駆動部８と、昇降駆動部１０と、を有する。
【００２３】
ランス２は、中空の棒状部材を有しており、ランス口１１２を介して、自溶炉１００（アップテイク１０３）内に侵入可能とされている。棒状部材の上端部には、還元剤としての炭材粉を気流輸送する気流輸送装置３が接続されている。また、棒状部材の下端部には、ノズル４が設けられている。気流輸送装置３からは、炭材粉が気流輸送によってランス２（棒状部材の中空部）内に供給され、当該炭材粉は、不図示のキャリアガス供給装置から供給される不活性ガス（Ｎ2ガス）と混合されて、ノズル４から吹き出されるようになっている。
【００２４】
ノズル４の吹き出し方向は、ランス２の中心軸（長手方向）に対して、９０〜１５０°の間で調整可能となっている。この場合、自溶炉１００の内壁下部に還元剤（炭材粉）を吹き付ける場合には、角度を大きくし、自溶炉１００の内壁上部に還元剤を吹き付ける場合には、角度を小さくする。このようにして、炭材粉を自溶炉１００の内壁に吹き付けることで、自溶炉１００内で発生した過酸化物のうち、アップテイク１０３に融着した融着ダスト（ベコ）を還元、低融点スラグ化することができる。なお、炭材粉と混合するガスとして、上述したように不活性ガスであるＮ2ガスを用いているのは、仮に酸素を含有するガスを用いることとすると、固体還元剤（炭材粉）が融着ダストに到達する以前に酸化燃焼してしまい、所望の還元溶解効果を得ることができないからである。
【００２５】
移動体５は、ランス２を上端部近傍にて保持しており、ワイヤ６を介して昇降駆動部１０により吊り下げ支持されている。移動体５は、昇降駆動部１０によるワイヤ６の巻き取り量に応じて、上下方向に関する位置を変更する。なお、移動体５は、上下方向に関する位置変更（上下動）の際には、上下方向に延設されたレール７に沿って移動するようになっている。
【００２６】
ランス旋回駆動部８は、電動モータを含んでおり、ランス２を中心軸回りに旋回駆動する。すなわち、ランス２の旋回駆動により、ノズル４による還元剤の吹き付け方向を変更することができる。
【００２７】
次に、ランス口構造体２０について、図３〜図６に基づいて説明する。図３には、ランス口構造体２０及び当該ランス口構造体２０近傍の構成が示されている。この図３に示すように、ランス口構造体２０は、自溶炉１００の外壁（炉天井）を構成するレンガ２２により形成される開口２２ａ内に挿入された状態となっている。ランス口構造体２０と開口２２ａとの間（隙間）には、不定形耐火物（キャスタ）２４が設けられている。また、ランス口構造体２０は、不定形耐火物２４に対して、ランス口構造体２０の周囲に多数設けられたアンカーボルト２６にて固定されている。なお、図３では、図示の便宜上、アンカーボルト２６を２列分のみ図示している（全列については、図５（ａ）参照）。
【００２８】
不定形耐火物２４としては、アルミナ・クロム質キャスタブル（製品名：ＣＦＣ−１９ＳＮ−６）などの耐火性の高い材料を用いることができる。レンガ２２としては、マグネシア・クロム質レンガ（製品名：ＲＲＲ−ＤＢ）などの耐火性の高い材料を用いることができる。
【００２９】
ランス口構造体２０は、図３に示すように、構造体本体としてのウォータジャケット部２８と、ウォータジャケット部２８の上側に設けられた筒状部材としてのＳＵＳ部３０と、ＳＵＳ部３０に設けられた蓋部材３２と、を備える。
【００３０】
ウォータジャケット部２８は、ウォータジャケット部２８及びＳＵＳ部３０の断面図である図４に示すように、全体として略筒状の形状を有している。ただし、実際には、ウォータジャケット部２８は、ウォータジャケット部２８の平面図である図５（ａ）に示すように、平面視Ｕ字状の周壁部材３８ａ，３８ｂを組み合わせることで、平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状）の筒形状を構成している。なお、ウォータジャケット部２８の中央開口部分は、ランス２（及びノズル４）が通過可能な程度の開口径を有している。すなわち、ウォータジャケット部２８の中央開口部分は、前述したランス口１１２（図２参照）として機能する。周壁部材３８ａ，３８ｂには、２枚の固定板４０ａ，４０ｂが複数のボルト（図４参照）で固定されている。これにより、周壁部材３８ａ，３８ｂ間が強固に結合されている。なお、固定板４０ａ，４０ｂとしては、銅板を用いることができる。また、ウォータジャケット部２８は、現場（自溶炉１００が設置される工場など）において、組み立てることができる。
【００３１】
周壁部材３８ａ，３８ｂは、銅の鋳造により製造される。周壁部材３８ａ，３８ｂの内部には、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図（展開した断面図）である図６に示すように、冷却媒体としての冷却水が流通可能な２つの冷却管路４２ａ，４２ｂが設けられている。なお、周壁部材３８ｂの冷却管路４２ａ，４２ｂも、図６と同様の形状、配置となっている。
【００３２】
冷却管路４２ａは、断面略Ｗ字状の形状を有し、冷却管路４２ｂは、断面略Ｕ字状の形状を有している。冷却管路４２ａ，４２ｂは、銅製の管路であり、周壁部材３８ａ，３８ｂの鋳造の際に埋め込まれる。なお、図６に示すように、冷却管路４２ａの給水口の近傍に冷却管路４２ｂの排水口が位置し、冷却管路４２ａの排水口の近傍に冷却管路４２ｂの給水口が位置している。また、冷却管路４２ａ，４２ｂそれぞれの両端部には、図３、図４に示すように、液体流通用の配管４４がそれぞれ接続されている。したがって、冷却管路４２ａ，４２ｂそれぞれに配管４４を介して冷却水を流通させることで、冷却管路４２ａ，４２ｂそれぞれに互いに逆向きの冷却水の流れが形成されることになる。これら冷却水は、冷却管路４２ａ，４２ｂを流れている間に、熱伝導により、ウォータジャケット部２８を冷却し、ひいては、周辺部材（不定形耐火物２４やレンガ２２）を冷却する。なお、配管４４の材料としては、ＳＵＳ３０４（１８％のクロム（Ｃｒ）と８％のニッケル（Ｎｉ）を含むステンレス鋼）などを用いることができる。
【００３３】
ここで、上記のようなウォータジャケット部２８を用いた場合の、冷却シミュレーションの一例について説明する。本シミュレーションにおいては、冷却管路４２ａ，４２ｂに対して合計３ｔ／ｈの冷却水（３０℃）を供給した。この場合、冷却管路４２ａを通過した冷却水は、３７．４℃となり、冷却管路４２ｂを通過した冷却水は、４２．９２℃となった。すなわち、冷却管路４２ａでは、冷却水の温度変化ΔＴ1が、７．４℃であり、冷却管路４２ｂでは、冷却水の温度変化ΔＴ2が、１２．９２℃であった。この点、ウォータジャケット部２８に１本の冷却管路のみを設けた場合には、温度変化ΔＴが２０℃以上となることを考慮すると、上記のような冷却管路４２ａ，４２ｂを用いることで、冷却効率が向上されていることがわかる。勿論、冷却管路を一切設けない従来のランス口構造体と比較しても、本実施形態のウォータジャケット部２８の冷却効果は高い。
【００３４】
図４に戻り、ウォータジャケット部２８の下端面及び内周面の下側部分（図４において太線にて示している部分）には、インコネル（スペシャルメタル社の商品名）２９がコーティング（クラッディング（肉盛り））されている。なお、インコネルは、インコネル棒を熱して溶かした後、ウォータジャケット部２８の表面に溶射することでクラッディングすることができる。なお、インコネル２９の厚さは、例えば、３ｍｍである。
【００３５】
ここで、インコネル２９は、ニッケル（Ｎｉ）をベースとした材料であり、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）等の合金元素量の差異によって、インコネル６００、インコネル６２５、インコネル７１８、インコネル７５０Ｘ等に分けられる。インコネルは、耐熱性、耐蝕性、耐酸化性、耐クリープ製などの高温特性に優れた材料である。したがって、本実施形態のようにインコネル２９をウォータジャケット部２８の表面に設けることで、ウォータジャケット部２８を長寿命化することが可能となる。
【００３６】
なお、図４では、インコネル２９をウォータジャケット部２８の内周面の下側部分に設けることとしているが、これは、ウォータジャケット部２８の当該部分が、ＳＯ2に対して頻繁に晒されるからである。しかしながら、これに限らず、インコネルを、ウォータジャケット部２８の内周面全域に設けることとしても良い。また、ウォータジャケット部２８の外周面にもインコネルを設けることとしてもよい。
【００３７】
また、ウォータジャケット部２８の内周面にコーティングする材料としては、インコネルに限らず、その他のＮｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金を採用することとしても良い。また、高温特性等に優れたその他の材料を用いることとしても良い。
【００３８】
ＳＵＳ部３０は、図３及び図４に示すように、筒状部３０ａと、筒状部３０ａの上端部に設けられた上側フランジ部３０ｂと、筒状部３０ａの下端部に設けられた下側フランジ部３０ｃと、を有する。筒状部３０ａは、ＳＵＳ部３０の平面図である図５（ｂ）に示すように、平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状）の形状を有している。また、上側フランジ部３０ｂも、図５（ｂ）に示すように、平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状）の形状を有しており、下側フランジ部３０ｃも、不図示ではあるが、同様の形状を有している。なお、ＳＵＳ部３０の中央開口部分は、ランス２（及びノズル４）が通過可能な程度の開口径を有している。すなわち、ＳＵＳ部３０の中央開口部分は、前述したランス口１１２（図２参照）として機能する。
【００３９】
ＳＵＳ部３０の材料としては、従来のランス口構造体の材料としても用いられていた、ＳＵＳ３１６Ｌなどを用いることができる。ＳＵＳ３１６Ｌは、オーステナイト系ステンレスの代表的な鋼種であり、耐食性、靭性、延性、加工性、溶接性に優れている。また、ＳＵＳ３１６Ｌは、クロムニッケル系ステンレス鋼であり、主成分は１８％のクロム（Ｃｒ）と、１２％のニッケル（Ｎｉ）と、２．５％のモリブデン（Ｍｏ）と、０．０３％以下の炭素（Ｃ）であり、金属組織は耐食性に優れるオーステナイトを呈している。
【００４０】
ＳＵＳ部３０は、図３、図４に示すように、環状（平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状））のパッキン部材４６を、下側フランジ部３０ｃとウォータジャケット部２８の上端面との間に介在させた状態で、ウォータジャケット部２８にボルト等により固定される。すなわち、ＳＵＳ部３０は、パッキン部材４６を介して、ウォータジャケット部２８のランス２が侵入してくる側の端部に、ボルト等により固定されているともいえる。なお、パッキン部材４６としては、耐熱性、耐蝕性が高い材料、例えば、商品名ＰＡ−ＰＣなどを用いることができる。
【００４１】
蓋部材３２は、ランス２が自溶炉１００の外部に退避しているときに、自溶炉１００内からの排ガスの噴出、及び自溶炉１００内へのフリーエアーの進入を防止するために、ランス口１１２を閉塞する部材である。この蓋部材３２は、ＳＵＳ部３０の側面に設けられた回転軸４８に取付けられている。回転軸４８は、不図示のエアシリンダによって回転され、当該回転軸４８の回転により、蓋部材３２が、図３の破線の状態と実線の状態との間で遷移するようになっている。
【００４２】
以上のように構成されるランス口構造体２０では、通常は、図３において破線にて示すように、蓋部材３２が、ランス口１１２を閉塞した状態を維持する。そして、ランス２を用いた融着ダストの還元溶解を行うタイミングにおいて、エアシリンダを介して回転軸４８が回転されることで、図３において実線にて示すように、蓋部材３２が、ランス口１１２を開放する。その後、炉内付着物除去装置５０では、図２に示すように、ランス口１１２を介して、自溶炉１００内にランス２のノズル４を侵入させ、ノズル４から還元剤（炭材粉）を自溶炉１００の内壁に向けて吹き付ける。この吹き付けが完了した後は、自溶炉１００内及びランス口１１２内からランス２を退避させるとともに、エアシリンダを介して回転軸４８を回転させることで、図３に破線で示すように、蓋部材３２によりランス口１１２を閉塞する。なお、上記の動作は、コンピュータ等を用いて自動的に行うこととしても良いし、人の操作の下、行うこととしても良い。
【００４３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、自溶炉１００のアップテイク１０３の天井部に設けられたウォータジャケット部２８が、ランス２が侵入可能な大きさのランス口１１２を形成する筒状形状を有しており、ウォータジャケット部２８の周壁内には、冷却水の流通が可能な冷却管路４２ａ，４２ｂが設けられているので、冷却管路４２ａ，４２ｂ内に冷却水を流通させることで、ウォータジャケット部２８の熱負荷による損傷を抑制することができる。また、ウォータジャケット部２８の周辺に存在する部材（自溶炉１００の一部構成部材）の熱負荷による損傷も抑制することができる。これにより、ウォータジャケット部２８及びランス口１１２近傍の構造部材の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸発生率の悪化を抑制することが可能である。例えば、従来においては、ランス口構造体及びその周辺の部材の寿命として３年程度が見込まれていたところ、本実施形態のランス口構造体を採用することで、寿命を６年程度まで延ばすことが期待できる。
【００４４】
また、ウォータジャケット部２８は、複数の周壁部材３８ａ，３８ｂを複数結合した構造を有するので、ウォータジャケット部２８の製造（例えば、鋳造）を行う製造装置の小型化を図ることができる。また、ウォータジャケット部２８を現場（自溶炉１００が設置される工場など）において組み立てることもできるので、搬送の容易化、スペース効率の向上、及び組み立て作業の高効率化を図ることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、ウォータジャケット部２８の少なくとも一部が、耐熱性かつ耐蝕性の材料（インコネル２９）でコーティング（クラッディング）されているので、ウォータジャケット部２８を長寿命とすることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、ウォータジャケット部２８の自溶炉１００外の位置に、パッキン部材４６を介してＳＵＳ部３０を設けている。したがって、ランス口構造体の全てを銅製のウォータジャケット部とするような場合と比較して、ランス口構造体２０を安価にて製造することができる。また、ＳＵＳ部３０は、ウォータジャケット部２８の自溶炉１００外の位置という、比較的熱の影響が少ない位置に設けられているので、ＳＵＳ部３０を採用することによる寿命の短縮という事態もほとんど生じない。また、ＳＵＳ部３０とウォータジャケット部２８との間には、パッキン部材４６が設けられているので、ＳＵＳ部３０とウォータジャケット部２８との隙間を介したガス漏洩や、フリーエアーの侵入などが発生するのを抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、ランス口構造体２０が、蓋部材３２を備えているので、ランス２を用いた作業を行っていない間における、ランス口１１２を介した自溶炉１００内外の気体の流通を抑制することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、ウォータジャケット部２８の内部に冷却管路４２ａ，４２ｂを埋め込む場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ウォータジャケット部２８（周壁部材３８ａ，３８ｂ）の鋳造の際に、冷却管路４２ａ，４２ｂと同様の冷却媒体の通路を作りこむこととしても良い。
【００４９】
また、上記実施形態では、各周壁部材３８ａ，３８ｂにおける冷却管路の本数を２本としたがこれに限られるものではなく、冷却管路の本数は任意である。また、冷却管路の形状や配置、冷却水を流す方向についても任意に設定することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、ウォータジャケット部２８が、２つの周壁部材３８ａ，３８ｂを組み合わせた構造を有する場合について説明したが、これに限れるものではなく、周壁部材は３つ以上あっても良い。また、ウォータジャケット部２８は、一体物であっても良い。
【００５１】
なお、上記実施形態では、ＳＵＳ部３０の材料がＳＵＳ３１６Ｌである場合について説明したが、これに限らず、ＳＵＳ部３０の材料としては、銅以外の種々の材料を用いることができる。また、ＳＵＳ部３０については、ランス口構造体の構成から、省略しても良い。この場合、蓋部材３２は、ウォータジャケット部２８に設けることとすればよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、冷却媒体として、冷却水を用いることとしたが、これに限られるものではなく、その他の冷却媒体を用いることとしてもよい。なお、上記実施形態では、還元剤として炭材粉を用いることとしたが、これに限らず、還元剤としては、粉コークスを用いることとしてもよい。
【００５３】
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】
【００５４】
２ ランス
２０ ランス口構造体
２８ ウォータジャケット部（構造体本体）
２９ インコネル
３０ ＳＵＳ部（筒状部材）
３２ 蓋部材
３８ａ，３８ｂ 周壁部材
４２ａ，４２ｂ 冷却管路
４６ パッキン部材
１００ 自溶炉
１１２ ランス口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自溶炉のランス口の構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅製錬用の自溶炉では、乾燥した微粉の銅精鉱と、酸素富化空気あるいは高温熱風とを、炉内に同時に吹き込み、瞬間的に化学反応（酸化反応）を起こさせて、マット（銅が６０〜６５％含まれる）とスラグ（銅が１％前後含まれる）に分離する。なお、自溶炉は、反応シャフト、セットラ、及びアップテイクと呼ばれる部分を有している。
【０００３】
自溶炉では微粉の銅精鉱を反応シャフト滞留中の短時間のうちに酸化することから、過酸化物の生成が不可避であり、発生した過酸化物はダストとして排ガス気流と共にセットラからアップテイクを介して廃熱ボイラ内へと流入する。過酸化物は一般に高融点であることから、その一部は比較的温度の低いセットラやアップテイクの内壁に融着し、ベコと称される融着物（融着ダスト）となる。この融着ダストは放置すると次第に成長しアップテイク内部の閉塞トラブルを引き起こしたりするおそれがある。
【０００４】
そこで、最近では、融着ダストを有効に除去できる非鉄製錬炉の炉内付着物除去方法及び装置が、自溶炉において適用されつつある（例えば、特許文献１参照）。この炉内付着物除去方法及び装置では、ランスと呼ばれる部材を自溶炉に設けられた開口（ランス口）から炉内に挿入して、当該挿入状態で、融着ダストに向けてランスから還元剤（例えば炭材粉や粉コークス）を吹き付ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４０２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、自溶炉を実際に約３年使用して定期修理を行ったところ、ランス口を構成する部材（ＳＵＳ３１６Ｌなどを材料とする）が、熱負荷により腐食し、当該部材全体の３０％が損耗していたことが判明した。また、ランス口周辺の耐火物（キャスタとも呼ばれる）は、熱負荷により自溶炉内に脱落し、更に、自溶炉を形成するレンガのうちランス口に隣接するもの（例えば４列分のレンガ（例えば、元厚３７５ｍｍ））も、熱負荷により、厚さ２００ｍｍ程度まで損耗していたことが判明した。なお、ランス口に隣接していないレンガは、厚さ２５０ｍｍ〜２７０ｍｍ程度を維持していた。
【０００７】
このように、ランス口を構成する部材やランス口近傍の部材は、熱負荷による損耗や破損が激しいため、当該損耗部分や破損部分からガス漏洩が生じるおそれがあった。また、ガス漏洩のみならず、外部気体（フリーエアー）が自溶炉内に侵入することで、廃酸発生率が悪化するおそれもあった。
【０００８】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ランス口及びランス口近傍の構造の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸発生率の悪化を抑制することが可能なランス口の構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のランス口の構造体は、銅製錬用の自溶炉の内壁に付着する融着物に向けて還元剤を吹き付けるランスを前記自溶炉内へ挿入するためのランス口を、前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に形成する、ランス口の構造体であって、前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に設けられ、前記ランスが侵入可能な大きさのランス口を形成する筒状の周壁を有する構造体本体と、前記構造体本体の前記周壁内に設けられた、冷却媒体の流通が可能な冷却管路と、を備えている。
【００１０】
これによれば、筒状の周壁を有する構造体本体の内部に設けられた冷却管路を冷却媒体が流通することで、構造体本体の熱負荷による損傷を抑制することができる。また、構造体本体の周辺に存在する自溶炉の一部における熱負荷による損傷も抑制することができる。これにより、構造体本体及びランス口近傍の構造部材の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸発生率の悪化を抑制することが可能である。
【００１１】
この場合において、前記構造体本体は、前記周壁の一部を形成する周壁部材を複数結合した構造を有することとすることができる。かかる場合には、構造体本体が複数の周壁部材に分離可能な構造となっていることから、構造体本体の製造（例えば、鋳造）を行う製造装置の小型化を図ることができる。また、構造体本体を現場（設置場所）にて組み立てることができるので、搬送の容易化、スペース効率の向上、及び組み立て作業の高効率化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体の少なくとも一部が、耐熱性かつ耐蝕性の材料でコーティングされていることとすることができる。かかる場合には、構造体本体の損傷を抑制することができるので、より長寿命とすることが可能となる。この場合、前記耐熱性かつ耐蝕性の材料は、Ｎｉ−Ｃｒ系合金及びＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金のいずれかであることとすることができる。この場合、材料としては、インコネル（スペシャルメタル社の商品名）を用いることができる。インコネルは、耐熱性、耐蝕性、耐酸化性、及び耐クリープ性などの高温特性に優れているため、構造体本体の熱負荷による損傷を効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体の周壁の前記ランスが侵入してくる側の端部に設けられ、前記構造体本体とは異なる材料で形成された、前記ランスが侵入可能な大きさの開口を有する筒状部材と、前記筒状部材と前記構造体本体との間に設けられ、前記筒状部材と前記構造体本体との間における気体の流通を遮断する環状のパッキン部材と、を更に備えることとすることができる。かかる場合には、構造体本体のランスが侵入してくる側の端部、すなわち、熱負荷による影響の少ない場所に、構造体本体とは異なる材料の筒状部材を設けることができる。この場合、筒状部材として、比較的熱に弱く、安価な材料を用いても寿命に影響がないため、低価格で、長寿命なランス口の構造体を製造することが可能となる。この場合、前記構造体本体の材料は、銅であり、前記筒状部材の材料は、オーステナイト系ステンレスであることとすることができる。また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体と前記レンガとの間に、不定形耐火物が設けられていることとすることができる。
【００１４】
また、本発明のランス口の構造体では、前記構造体本体のランス口を介した、前記自溶炉内外の気体の流通を抑制する蓋部材を更に備えることとすることができる。かかる場合には、ランス口を介した自溶炉内外の気体の流通を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のランス口の構造体は、ランス口及びランス口近傍の構造の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸の発生率の悪化を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】銅製錬用自溶炉を模式的に示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ランス口構造体及び当該ランス口構造体近傍の構成を示す図である。
【図４】ウォータジャケット部及びＳＵＳ部の断面図である。
【図５】図５（ａ）は、ウォータジャケット部の平面図であり、図５（ｂ）は、ＳＵＳ部の平面図である。
【図６】周壁部材のＢ−Ｂ線断面図（展開した断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、一実施形態の銅製錬用自溶炉１００について、図１〜図６に基づいて、説明する。図１には、銅製錬用自溶炉１００の構成が模式的に示されている。図１に示すように、自溶炉１００は、反応シャフト１０１、セットラ１０２及びアップテイク１０３を有する。また、自溶炉１００には、廃熱ボイラ２００が接続されている。
【００１８】
自溶炉１００では、反応シャフト１０１の頂部から乾燥した微粉の銅精鉱と、溶剤として添加される珪酸と、酸素富化空気又は高温熱風とが同時に吹き込まれる。そして、銅精鉱と、酸素富化空気又は高温熱風とが瞬間的に酸化反応を起こし、その反応熱で銅精鉱が溶解し、セットラ１０２にてマット１０４（Ｃｕを６０％程度含む）とスラグ（Ｃｕを１％程度含む、不図示）とに分離される。
【００１９】
マット１０４は、後工程の転炉にて更に製錬され、粗銅となる。一方、スラグは、自溶炉に付属した錬かん炉（不図示）へと送られる。そして、スラグは、錬かん炉にて含有するＣｕの一部が回収された後、海水にて水砕処理され、セメント原料などとして用いられる。
【００２０】
自溶炉１００内で発生する排ガスは、温度が約１３００℃で、ＳＯ2濃度が１０％〜４０％である。この排ガスは、アップテイク１０３の出口開口部１０５から廃熱ボイラ２００へと送給される。廃熱ボイラ２００では、排ガスが冷却されるとともに、顕熱が高圧蒸気として回収される。そして、排ガスは、電気集塵機で除塵された後、硫酸工場へと送給され、ＳＯ2が硫酸として回収されることになる。
【００２１】
図２には、図１のＡ−Ａ線断面図が示されている。この図２に示すように、アップテイク１０３の天井壁には、ランス口１１２を形成するランス口構造体２０が設けられている。また、ランス口構造体２０の近傍には、炉内付着物除去装置５０が設けられている。
【００２２】
炉内付着物除去装置５０は、図２に示すように、ランス２と、移動体５と、ランス旋回駆動部８と、昇降駆動部１０と、を有する。
【００２３】
ランス２は、中空の棒状部材を有しており、ランス口１１２を介して、自溶炉１００（アップテイク１０３）内に侵入可能とされている。棒状部材の上端部には、還元剤としての炭材粉を気流輸送する気流輸送装置３が接続されている。また、棒状部材の下端部には、ノズル４が設けられている。気流輸送装置３からは、炭材粉が気流輸送によってランス２（棒状部材の中空部）内に供給され、当該炭材粉は、不図示のキャリアガス供給装置から供給される不活性ガス（Ｎ2ガス）と混合されて、ノズル４から吹き出されるようになっている。
【００２４】
ノズル４の吹き出し方向は、ランス２の中心軸（長手方向）に対して、９０〜１５０°の間で調整可能となっている。この場合、自溶炉１００の内壁下部に還元剤（炭材粉）を吹き付ける場合には、角度を大きくし、自溶炉１００の内壁上部に還元剤を吹き付ける場合には、角度を小さくする。このようにして、炭材粉を自溶炉１００の内壁に吹き付けることで、自溶炉１００内で発生した過酸化物のうち、アップテイク１０３に融着した融着ダスト（ベコ）を還元、低融点スラグ化することができる。なお、炭材粉と混合するガスとして、上述したように不活性ガスであるＮ2ガスを用いているのは、仮に酸素を含有するガスを用いることとすると、固体還元剤（炭材粉）が融着ダストに到達する以前に酸化燃焼してしまい、所望の還元溶解効果を得ることができないからである。
【００２５】
移動体５は、ランス２を上端部近傍にて保持しており、ワイヤ６を介して昇降駆動部１０により吊り下げ支持されている。移動体５は、昇降駆動部１０によるワイヤ６の巻き取り量に応じて、上下方向に関する位置を変更する。なお、移動体５は、上下方向に関する位置変更（上下動）の際には、上下方向に延設されたレール７に沿って移動するようになっている。
【００２６】
ランス旋回駆動部８は、電動モータを含んでおり、ランス２を中心軸回りに旋回駆動する。すなわち、ランス２の旋回駆動により、ノズル４による還元剤の吹き付け方向を変更することができる。
【００２７】
次に、ランス口構造体２０について、図３〜図６に基づいて説明する。図３には、ランス口構造体２０及び当該ランス口構造体２０近傍の構成が示されている。この図３に示すように、ランス口構造体２０は、自溶炉１００の外壁（炉天井）を構成するレンガ２２により形成される開口２２ａ内に挿入された状態となっている。ランス口構造体２０と開口２２ａとの間（隙間）には、不定形耐火物（キャスタ）２４が設けられている。また、ランス口構造体２０は、不定形耐火物２４に対して、ランス口構造体２０の周囲に多数設けられたアンカーボルト２６にて固定されている。なお、図３では、図示の便宜上、アンカーボルト２６を２列分のみ図示している（全列については、図５（ａ）参照）。
【００２８】
不定形耐火物２４としては、アルミナ・クロム質キャスタブル（製品名：ＣＦＣ−１９ＳＮ−６）などの耐火性の高い材料を用いることができる。レンガ２２としては、マグネシア・クロム質レンガ（製品名：ＲＲＲ−ＤＢ）などの耐火性の高い材料を用いることができる。
【００２９】
ランス口構造体２０は、図３に示すように、構造体本体としてのウォータジャケット部２８と、ウォータジャケット部２８の上側に設けられた筒状部材としてのＳＵＳ部３０と、ＳＵＳ部３０に設けられた蓋部材３２と、を備える。
【００３０】
ウォータジャケット部２８は、ウォータジャケット部２８及びＳＵＳ部３０の断面図である図４に示すように、全体として略筒状の形状を有している。ただし、実際には、ウォータジャケット部２８は、ウォータジャケット部２８の平面図である図５（ａ）に示すように、平面視Ｕ字状の周壁部材３８ａ，３８ｂを組み合わせることで、平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状）の筒形状を構成している。なお、ウォータジャケット部２８の中央開口部分は、ランス２（及びノズル４）が通過可能な程度の開口径を有している。すなわち、ウォータジャケット部２８の中央開口部分は、前述したランス口１１２（図２参照）として機能する。周壁部材３８ａ，３８ｂには、２枚の固定板４０ａ，４０ｂが複数のボルト（図４参照）で固定されている。これにより、周壁部材３８ａ，３８ｂ間が強固に結合されている。なお、固定板４０ａ，４０ｂとしては、銅板を用いることができる。また、ウォータジャケット部２８は、現場（自溶炉１００が設置される工場など）において、組み立てることができる。
【００３１】
周壁部材３８ａ，３８ｂは、銅の鋳造により製造される。周壁部材３８ａ，３８ｂの内部には、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図（展開した断面図）である図６に示すように、冷却媒体としての冷却水が流通可能な２つの冷却管路４２ａ，４２ｂが設けられている。なお、周壁部材３８ｂの冷却管路４２ａ，４２ｂも、図６と同様の形状、配置となっている。
【００３２】
冷却管路４２ａは、断面略Ｗ字状の形状を有し、冷却管路４２ｂは、断面略Ｕ字状の形状を有している。冷却管路４２ａ，４２ｂは、銅製の管路であり、周壁部材３８ａ，３８ｂの鋳造の際に埋め込まれる。なお、図６に示すように、冷却管路４２ａの給水口の近傍に冷却管路４２ｂの排水口が位置し、冷却管路４２ａの排水口の近傍に冷却管路４２ｂの給水口が位置している。また、冷却管路４２ａ，４２ｂそれぞれの両端部には、図３、図４に示すように、液体流通用の配管４４がそれぞれ接続されている。したがって、冷却管路４２ａ，４２ｂそれぞれに配管４４を介して冷却水を流通させることで、冷却管路４２ａ，４２ｂそれぞれに互いに逆向きの冷却水の流れが形成されることになる。これら冷却水は、冷却管路４２ａ，４２ｂを流れている間に、熱伝導により、ウォータジャケット部２８を冷却し、ひいては、周辺部材（不定形耐火物２４やレンガ２２）を冷却する。なお、配管４４の材料としては、ＳＵＳ３０４（１８％のクロム（Ｃｒ）と８％のニッケル（Ｎｉ）を含むステンレス鋼）などを用いることができる。
【００３３】
ここで、上記のようなウォータジャケット部２８を用いた場合の、冷却シミュレーションの一例について説明する。本シミュレーションにおいては、冷却管路４２ａ，４２ｂに対して合計３ｔ／ｈの冷却水（３０℃）を供給した。この場合、冷却管路４２ａを通過した冷却水は、３７．４℃となり、冷却管路４２ｂを通過した冷却水は、４２．９２℃となった。すなわち、冷却管路４２ａでは、冷却水の温度変化ΔＴ1が、７．４℃であり、冷却管路４２ｂでは、冷却水の温度変化ΔＴ2が、１２．９２℃であった。この点、ウォータジャケット部２８に１本の冷却管路のみを設けた場合には、温度変化ΔＴが２０℃以上となることを考慮すると、上記のような冷却管路４２ａ，４２ｂを用いることで、冷却効率が向上されていることがわかる。勿論、冷却管路を一切設けない従来のランス口構造体と比較しても、本実施形態のウォータジャケット部２８の冷却効果は高い。
【００３４】
図４に戻り、ウォータジャケット部２８の下端面及び内周面の下側部分（図４において太線にて示している部分）には、インコネル（スペシャルメタル社の商品名）２９がコーティング（クラッディング（肉盛り））されている。なお、インコネルは、インコネル棒を熱して溶かした後、ウォータジャケット部２８の表面に溶射することでクラッディングすることができる。なお、インコネル２９の厚さは、例えば、３ｍｍである。
【００３５】
ここで、インコネル２９は、ニッケル（Ｎｉ）をベースとした材料であり、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）等の合金元素量の差異によって、インコネル６００、インコネル６２５、インコネル７１８、インコネル７５０Ｘ等に分けられる。インコネルは、耐熱性、耐蝕性、耐酸化性、耐クリープ製などの高温特性に優れた材料である。したがって、本実施形態のようにインコネル２９をウォータジャケット部２８の表面に設けることで、ウォータジャケット部２８を長寿命化することが可能となる。
【００３６】
なお、図４では、インコネル２９をウォータジャケット部２８の内周面の下側部分に設けることとしているが、これは、ウォータジャケット部２８の当該部分が、ＳＯ2に対して頻繁に晒されるからである。しかしながら、これに限らず、インコネルを、ウォータジャケット部２８の内周面全域に設けることとしても良い。また、ウォータジャケット部２８の外周面にもインコネルを設けることとしてもよい。
【００３７】
また、ウォータジャケット部２８の内周面にコーティングする材料としては、インコネルに限らず、その他のＮｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金を採用することとしても良い。また、高温特性等に優れたその他の材料を用いることとしても良い。
【００３８】
ＳＵＳ部３０は、図３及び図４に示すように、筒状部３０ａと、筒状部３０ａの上端部に設けられた上側フランジ部３０ｂと、筒状部３０ａの下端部に設けられた下側フランジ部３０ｃと、を有する。筒状部３０ａは、ＳＵＳ部３０の平面図である図５（ｂ）に示すように、平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状）の形状を有している。また、上側フランジ部３０ｂも、図５（ｂ）に示すように、平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状）の形状を有しており、下側フランジ部３０ｃも、不図示ではあるが、同様の形状を有している。なお、ＳＵＳ部３０の中央開口部分は、ランス２（及びノズル４）が通過可能な程度の開口径を有している。すなわち、ＳＵＳ部３０の中央開口部分は、前述したランス口１１２（図２参照）として機能する。
【００３９】
ＳＵＳ部３０の材料としては、従来のランス口構造体の材料としても用いられていた、ＳＵＳ３１６Ｌなどを用いることができる。ＳＵＳ３１６Ｌは、オーステナイト系ステンレスの代表的な鋼種であり、耐食性、靭性、延性、加工性、溶接性に優れている。また、ＳＵＳ３１６Ｌは、クロムニッケル系ステンレス鋼であり、主成分は１８％のクロム（Ｃｒ）と、１２％のニッケル（Ｎｉ）と、２．５％のモリブデン（Ｍｏ）と、０．０３％以下の炭素（Ｃ）であり、金属組織は耐食性に優れるオーステナイトを呈している。
【００４０】
ＳＵＳ部３０は、図３、図４に示すように、環状（平面視略楕円形（オーバル状、レーストラック状））のパッキン部材４６を、下側フランジ部３０ｃとウォータジャケット部２８の上端面との間に介在させた状態で、ウォータジャケット部２８にボルト等により固定される。すなわち、ＳＵＳ部３０は、パッキン部材４６を介して、ウォータジャケット部２８のランス２が侵入してくる側の端部に、ボルト等により固定されているともいえる。なお、パッキン部材４６としては、耐熱性、耐蝕性が高い材料、例えば、商品名ＰＡ−ＰＣなどを用いることができる。
【００４１】
蓋部材３２は、ランス２が自溶炉１００の外部に退避しているときに、自溶炉１００内からの排ガスの噴出、及び自溶炉１００内へのフリーエアーの進入を防止するために、ランス口１１２を閉塞する部材である。この蓋部材３２は、ＳＵＳ部３０の側面に設けられた回転軸４８に取付けられている。回転軸４８は、不図示のエアシリンダによって回転され、当該回転軸４８の回転により、蓋部材３２が、図３の破線の状態と実線の状態との間で遷移するようになっている。
【００４２】
以上のように構成されるランス口構造体２０では、通常は、図３において破線にて示すように、蓋部材３２が、ランス口１１２を閉塞した状態を維持する。そして、ランス２を用いた融着ダストの還元溶解を行うタイミングにおいて、エアシリンダを介して回転軸４８が回転されることで、図３において実線にて示すように、蓋部材３２が、ランス口１１２を開放する。その後、炉内付着物除去装置５０では、図２に示すように、ランス口１１２を介して、自溶炉１００内にランス２のノズル４を侵入させ、ノズル４から還元剤（炭材粉）を自溶炉１００の内壁に向けて吹き付ける。この吹き付けが完了した後は、自溶炉１００内及びランス口１１２内からランス２を退避させるとともに、エアシリンダを介して回転軸４８を回転させることで、図３に破線で示すように、蓋部材３２によりランス口１１２を閉塞する。なお、上記の動作は、コンピュータ等を用いて自動的に行うこととしても良いし、人の操作の下、行うこととしても良い。
【００４３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、自溶炉１００のアップテイク１０３の天井部に設けられたウォータジャケット部２８が、ランス２が侵入可能な大きさのランス口１１２を形成する筒状形状を有しており、ウォータジャケット部２８の周壁内には、冷却水の流通が可能な冷却管路４２ａ，４２ｂが設けられているので、冷却管路４２ａ，４２ｂ内に冷却水を流通させることで、ウォータジャケット部２８の熱負荷による損傷を抑制することができる。また、ウォータジャケット部２８の周辺に存在する部材（自溶炉１００の一部構成部材）の熱負荷による損傷も抑制することができる。これにより、ウォータジャケット部２８及びランス口１１２近傍の構造部材の長寿命化を図り、長期にわたってガス漏洩及び廃酸発生率の悪化を抑制することが可能である。例えば、従来においては、ランス口構造体及びその周辺の部材の寿命として３年程度が見込まれていたところ、本実施形態のランス口構造体を採用することで、寿命を６年程度まで延ばすことが期待できる。
【００４４】
また、ウォータジャケット部２８は、複数の周壁部材３８ａ，３８ｂを複数結合した構造を有するので、ウォータジャケット部２８の製造（例えば、鋳造）を行う製造装置の小型化を図ることができる。また、ウォータジャケット部２８を現場（自溶炉１００が設置される工場など）において組み立てることもできるので、搬送の容易化、スペース効率の向上、及び組み立て作業の高効率化を図ることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、ウォータジャケット部２８の少なくとも一部が、耐熱性かつ耐蝕性の材料（インコネル２９）でコーティング（クラッディング）されているので、ウォータジャケット部２８を長寿命とすることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、ウォータジャケット部２８の自溶炉１００外の位置に、パッキン部材４６を介してＳＵＳ部３０を設けている。したがって、ランス口構造体の全てを銅製のウォータジャケット部とするような場合と比較して、ランス口構造体２０を安価にて製造することができる。また、ＳＵＳ部３０は、ウォータジャケット部２８の自溶炉１００外の位置という、比較的熱の影響が少ない位置に設けられているので、ＳＵＳ部３０を採用することによる寿命の短縮という事態もほとんど生じない。また、ＳＵＳ部３０とウォータジャケット部２８との間には、パッキン部材４６が設けられているので、ＳＵＳ部３０とウォータジャケット部２８との隙間を介したガス漏洩や、フリーエアーの侵入などが発生するのを抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、ランス口構造体２０が、蓋部材３２を備えているので、ランス２を用いた作業を行っていない間における、ランス口１１２を介した自溶炉１００内外の気体の流通を抑制することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、ウォータジャケット部２８の内部に冷却管路４２ａ，４２ｂを埋め込む場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ウォータジャケット部２８（周壁部材３８ａ，３８ｂ）の鋳造の際に、冷却管路４２ａ，４２ｂと同様の冷却媒体の通路を作りこむこととしても良い。
【００４９】
また、上記実施形態では、各周壁部材３８ａ，３８ｂにおける冷却管路の本数を２本としたがこれに限られるものではなく、冷却管路の本数は任意である。また、冷却管路の形状や配置、冷却水を流す方向についても任意に設定することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、ウォータジャケット部２８が、２つの周壁部材３８ａ，３８ｂを組み合わせた構造を有する場合について説明したが、これに限れるものではなく、周壁部材は３つ以上あっても良い。また、ウォータジャケット部２８は、一体物であっても良い。
【００５１】
なお、上記実施形態では、ＳＵＳ部３０の材料がＳＵＳ３１６Ｌである場合について説明したが、これに限らず、ＳＵＳ部３０の材料としては、銅以外の種々の材料を用いることができる。また、ＳＵＳ部３０については、ランス口構造体の構成から、省略しても良い。この場合、蓋部材３２は、ウォータジャケット部２８に設けることとすればよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、冷却媒体として、冷却水を用いることとしたが、これに限られるものではなく、その他の冷却媒体を用いることとしてもよい。なお、上記実施形態では、還元剤として炭材粉を用いることとしたが、これに限らず、還元剤としては、粉コークスを用いることとしてもよい。
【００５３】
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】
【００５４】
２ ランス
２０ ランス口構造体
２８ ウォータジャケット部（構造体本体）
２９ インコネル
３０ ＳＵＳ部（筒状部材）
３２ 蓋部材
３８ａ，３８ｂ 周壁部材
４２ａ，４２ｂ 冷却管路
４６ パッキン部材
１００ 自溶炉
１１２ ランス口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅製錬用の自溶炉の内壁に付着する融着物に向けて還元剤を吹き付けるランスを前記自溶炉内へ挿入するためのランス口を、前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に形成する、ランス口の構造体であって、
前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に設けられ、前記ランスが侵入可能な大きさのランス口を形成する筒状の周壁を有する構造体本体と、
前記構造体本体の前記周壁内に設けられた、冷却媒体の流通が可能な冷却管路と、を備えるランス口の構造体。
【請求項２】
前記構造体本体は、前記周壁の一部を形成する周壁部材を複数結合した構造を有することを特徴とする請求項１に記載のランス口の構造体。
【請求項３】
前記構造体本体の少なくとも一部は、耐熱性かつ耐蝕性の材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のランス口の構造体。
【請求項４】
前記耐熱性かつ耐蝕性の材料は、Ｎｉ−Ｃｒ系合金及びＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のランス口の構造体。
【請求項５】
前記構造体本体の周壁の前記ランスが侵入してくる側の端部に設けられ、前記構造体本体とは異なる材料で形成された、前記ランスが侵入可能な大きさの開口を有する筒状部材と、
前記筒状部材と前記構造体本体との間に設けられ、前記筒状部材と前記構造体本体との間における気体の流通を遮断する環状のパッキン部材と、を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のランス口の構造体。
【請求項６】
前記構造体本体の材料は、銅であり、
前記筒状部材の材料は、オーステナイト系ステンレスであることを特徴とする請求項５に記載のランス口の構造体。
【請求項７】
前記構造体本体と前記レンガとの間には、不定形耐火物が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のランス口の構造体。
【請求項８】
前記構造体本体のランス口を介した、前記自溶炉内外の気体の流通を抑制する蓋部材を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のランス口の構造体。
【請求項１】
銅製錬用の自溶炉の内壁に付着する融着物に向けて還元剤を吹き付けるランスを前記自溶炉内へ挿入するためのランス口を、前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に形成する、ランス口の構造体であって、
前記自溶炉のアップテイク部の炉天井に設けられ、前記ランスが侵入可能な大きさのランス口を形成する筒状の周壁を有する構造体本体と、
前記構造体本体の前記周壁内に設けられた、冷却媒体の流通が可能な冷却管路と、を備えるランス口の構造体。
【請求項２】
前記構造体本体は、前記周壁の一部を形成する周壁部材を複数結合した構造を有することを特徴とする請求項１に記載のランス口の構造体。
【請求項３】
前記構造体本体の少なくとも一部は、耐熱性かつ耐蝕性の材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のランス口の構造体。
【請求項４】
前記耐熱性かつ耐蝕性の材料は、Ｎｉ−Ｃｒ系合金及びＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のランス口の構造体。
【請求項５】
前記構造体本体の周壁の前記ランスが侵入してくる側の端部に設けられ、前記構造体本体とは異なる材料で形成された、前記ランスが侵入可能な大きさの開口を有する筒状部材と、
前記筒状部材と前記構造体本体との間に設けられ、前記筒状部材と前記構造体本体との間における気体の流通を遮断する環状のパッキン部材と、を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のランス口の構造体。
【請求項６】
前記構造体本体の材料は、銅であり、
前記筒状部材の材料は、オーステナイト系ステンレスであることを特徴とする請求項５に記載のランス口の構造体。
【請求項７】
前記構造体本体と前記レンガとの間には、不定形耐火物が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のランス口の構造体。
【請求項８】
前記構造体本体のランス口を介した、前記自溶炉内外の気体の流通を抑制する蓋部材を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のランス口の構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−６７３７２（Ｐ２０１２−６７３７２Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５１２９（Ｐ２０１０−２１５１２９）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（５００４８３２１９）パンパシフィック・カッパー株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（５００４８３２１９）パンパシフィック・カッパー株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
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