特許 6385778 Ｈ鋼の冷却構造体、及びＨ鋼の冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6385778

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】Ｈ鋼の冷却構造体、及びＨ鋼の冷却方法

(51)【国際特許分類】

   F27D 1/12 20060101AFI20180827BHJP

   F27B 3/24 20060101ALI20180827BHJP

   F27D 9/00 20060101ALI20180827BHJP

   C22B 15/00 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   F27D1/12 A

   F27B3/24

   F27D9/00

   C22B15/00 102

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-199332(P2014-199332)

(22)【出願日】2014年9月29日

(65)【公開番号】特開2016-70573(P2016-70573A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】500483219

【氏名又は名称】パンパシフィック・カッパー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100134511

【弁理士】

【氏名又は名称】八田 俊之

(72)【発明者】

【氏名】本村 竜也

(72)【発明者】

【氏名】岡村 博春

【審査官】 河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２１０１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２４５２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｄ １／１２

Ｆ２７Ｂ ３／２４

Ｆ２７Ｄ ９／００

Ｃ２２Ｂ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自溶炉の炉体を形成するＨ鋼のウェブ部および２つのフランジ部により炉内側に形成される空間に設けられ、前記ウェブ部および２つの前記フランジ部の前記空間を形成する面に接触または熱伝導性部材を介して当着するとともに、前記フランジ部の前記炉内に対向する面である炉内側端面を覆うジャケットと、
前記ジャケットの内部に設けられ、冷媒が流通する冷媒路と、を備えるＨ鋼の冷却構造体。

【請求項2】

前記ジャケットは、前記フランジ部のうち、前記空間を形成する面および前記炉内側端面を連続的に覆う請求項１に記載のＨ鋼の冷却構造体。

【請求項3】

前記ジャケットは前記フランジ部の前記空間を形成する面とは反対側の面の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１または２に記載のＨ鋼の冷却構造体。

【請求項4】

前記ジャケットは銅製ジャケットであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＨ鋼の冷却構造体。

【請求項5】

前記ジャケットの内部には、複数の前記冷媒路が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＨ鋼の冷却構造体。

【請求項6】

自溶炉の炉体を形成するＨ鋼のウェブ部および２つのフランジ部により炉内側に形成される空間に、前記ウェブ部及び前記フランジ部の前記空間を形成する面に接触または熱伝導性部材を介して当着するとともに、前記Ｈ鋼のフランジ部の前記炉内に対向する面である炉内側端面を覆うジャケットを設け、
前記ジャケットの内部に設けられた冷媒路に冷媒を流通させるＨ鋼の冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｈ鋼の冷却構造体およびＨ鋼の冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

銅製錬の製錬工程では、選鉱により得られた精鉱を酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に自溶炉に投入し、瞬間的に化学反応を起こさせてマットとスラグに分離する。このような自溶炉のセットラ天井部は数本のＨ鋼を掛け渡すことにより支持されている。

【0003】

自溶炉では銅の製錬工程上、反応熱が発生するため、炉体を冷却して維持することが重要となる。特に、近年の、１炉当たりの銅生産量の増加に伴い、高負荷条件での操業が必要となり、炉内で発生する反応熱量も増加している。自溶炉内で精鉱が反応し熱が発生すると、セットラ天井部にも熱の影響が現われる。セットラ天井部が熱を受けることにより、セットラ天井部を支持するＨ鋼も熱負荷により、損耗、変形する。このようにＨ鋼が熱を受け、損耗、変形すると、隣接する耐火材が脱落することがある。耐火材が脱落することにより、自溶炉内の排ガスが炉外へ漏洩し、環境汚染の原因となるため自溶炉の操業継続が困難となる。従来においては、このようなＨ鋼の損耗、変形の影響によりＨ鋼を２〜３年の周期で交換することを余儀なくされており、Ｈ鋼の交換にかかる材料費、作業費などのコストを要していた。

【0004】

なお、特許文献１には、Ｈ鋼を冷却するために、Ｈ鋼の内部に銅製の水冷ジャケットを配置する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２４５２６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、特許文献１のようにしてＨ鋼の冷却を行っても、Ｈ鋼の一部から溶損が進行するため、Ｈ鋼の交換周期を然程長くできなかった。

【0007】

そこで、本発明は、Ｈ鋼を効果的に冷却することが可能なＨ鋼の冷却構造体、およびＨ鋼の冷却方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のＨ鋼の冷却構造体は、自溶炉の炉体を形成するＨ鋼のウェブ部および２つのフランジ部により炉内側に形成される空間に設けられ、前記ウェブ部および２つの前記フランジ部の前記空間を形成する面に接触または熱伝導性部材を介して当着するとともに、前記フランジ部の前記炉内に対向する面である炉内側端面を覆うジャケットと、前記ジャケットの内部に設けられ、冷媒が流通する冷媒路と、を備える。

【0009】

この場合において、前記ジャケットは、前記フランジ部のうち、前記空間を形成する面および前記炉内側端面を連続的に覆うとしてもよい。また、前記ジャケットは前記フランジ部を前記炉内側端面から外側面にかけて覆うこととしてもよい。また、前記ジャケットは銅製ジャケットであることとしてもよい。また、前記ジャケットの内部には、複数の前記冷媒路が設けられていてもよい。

【0010】

本発明のＨ鋼の冷却方法は、自溶炉の炉体を形成するＨ鋼のウェブ部および２つのフランジ部により炉内側に形成される空間に、前記ウェブ部及び前記フランジ部の前記空間を形成する面に接触または熱伝導性部材を介して当着するとともに、前記Ｈ鋼のフランジ部の前記炉内に対向する面である炉内側端面を覆うジャケットを設け、前記ジャケットの内部に設けられた冷媒路に冷媒を流通させるＨ鋼の冷却方法である。

【発明の効果】

【0011】

本発明のＨ鋼の冷却構造体およびＨ鋼の冷却方法は、Ｈ鋼を効果的に冷却することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１（ａ）は実施例１に係る自溶炉の平面図を示し、図１（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図を示している。

【図2】図２（ａ）はセットラの天井部を示す説明図であり、図２（ｂ）は水冷ジャケットを示す説明図である。

【図3】図３は実施例１におけるＨ鋼の近傍を示す断面図である。

【図4】図４は実施例１の変形例（その１）におけるレンガ、Ｈ鋼および冷却構造体を示す断面図である。

【図5】図５は実施例１の変形例（その２）におけるレンガ、Ｈ鋼および冷却構造体を示す断面図である。

【図6】図６は実施例２におけるＨ鋼の近傍を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。

【実施例1】

【0014】

本実施例における装置の構成について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例のＨ鋼の冷却構造体を備える自溶炉１０の概略構成を示した説明図である。図１（ａ）は自溶炉１０の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図である。

【0015】

自溶炉１０は例えば銅製錬の自溶炉である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、自溶炉１０は、反応シャフト２０、セットラ３０、アップテイク４０を備えている。反応シャフト２０の上部には精鉱バーナ５０が設けられ、精鉱バーナ５０から反応シャフト２０内へ精鉱と酸素富化空気が吹き込まれる。吹き込まれた精鉱と酸素富化空気は反応シャフト２０内で混合して瞬間的に反応し、セットラ３０内において層状のマットとスラグに分離する。

【0016】

高温となる自溶炉１０の炉壁は耐熱性のレンガを敷き詰めて構成されている。セットラ３０の天井部６０は、このようなレンガを支持するために、アーチ状のＨ鋼７０が６本掛け渡されている。６本のＨ鋼７０はＺ方向に配列され、各Ｈ鋼７０はＺ方向に伸びる。

【0017】

図２（ａ）はセットラ３０の天井部６０を示した説明図である。図２（ａ）に示すように、セットラ３０の天井部は例えば６本のＨ鋼７０により支持される。Ｈ鋼７０の間には耐熱性のレンガ６２が詰め込まれている。またＨ鋼７０の炉内側（＋Ｙ側）に形成される空間にはＨ鋼７０を冷却する冷却構造体８０が設けられている。

【0018】

Ｈ鋼７０は、例えば、厚さ２２ｍｍの一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）を材料とし、Ｈ鋼７０のＸＹ断面の寸法は、一例として、高さ４２０ｍｍ、幅２００ｍｍとされている。Ｈ鋼７０および冷却構造体８０はＺ方向に向けて伸びるアーチ形状を有する。最も反応シャフト２０側に位置するＨ鋼７０と、最もアップテイク４０側に位置するＨ鋼７０との間は、一例としておよそ６２００ｍｍ離れている。

【0019】

Ｈ鋼７０は、Ｈ鋼７０近傍を示す断面図である図３に示すように、ＸＹ断面がＨ字状の形状を有し、Ｙ軸方向に延びる２つのフランジ部７２と、Ｘ軸方向に延びる１つのウェブ部７１とを含んでいる。フランジ部７２とウェブ部７１との間は、溶接により接続されている。

【0020】

図２（ｂ）は、冷却構造体８０をＨ鋼７０から取り出し、＋Ｘ方向から見た状態を示す図である。

【0021】

冷却構造体８０は、図２（ｂ）に示すように、Ｚ方向に複数連なり、全体として、アーチ形状を有している。冷却構造体８０は、ボディ８２、冷却水管８４（冷媒路）を備える。ボディ８２は例えば銅製ジャケットである。冷却水管８４は、例えば銅またはステンレスなどの金属からなるパイプであり、ボディ８２に鋳込まれている。冷却水管８４の一端及び他端には、給排水口８６が設けられている。一方の給排水口８６から冷媒（冷却水）が供給されると、冷媒は冷却水管８４を流通し、他方の給排水口８６から排出される。

【0022】

冷却構造体８０のボディ８２は、Ｈ鋼７０のウェブ部７１と２つのフランジ部７２とで炉内側（＋Ｙ側）に形成されるコの字型の空間に設けられている。ボディ８２は、ウェブ部７１の炉内側の面、およびフランジ部７２の内側面７２ａに接触している。またボディ８２の一部である突出部８３は、＋Ｘ側及び−Ｘ側にせり出し、フランジ部７２の炉内側端面７２ｂ（図３の＋Ｙ側の端面）に接触している。ウェブ部７１には、ボルト８１が貫通しており、当該ボルトにより、冷却構造体８０のボディ８２がＨ鋼７０に固定される。更に、ボディ８２の炉内側にはフィン部８５が形成されており、耐火物６４がフィン部８５に充填される。耐火物６４は例えばレンガなどの定型耐火物、または粘土などの不定形耐火物である。

【0023】

なお、冷却水管８４の溶損抑制のため、冷却水管８４は、ボディ８２のうちなるべく高めの位置に設けることが好ましい。図３では、ボルト８１と干渉しない最も高い位置に冷却水管８４が設けられている。例えば、図３では、冷却水管８４の中心と冷却構造体８０の下面との距離（Ｌ１）は約１２０ｍｍで、冷却水管８４の中心とウェブ部７１との距離（Ｌ２）は約７０ｍｍとされている。なお、冷却水管８４の外径（Ｄ１）は例えば４２．７ｍｍ、内径（Ｄ２）は例えば２２．７ｍｍであるものとする。冷却水の流量は例えば５〜１５トン／時とすることができ、熱負荷に応じて変更可能であるものとする。

【0024】

本実施例１では、冷却構造体８０の内部に設けられた冷却水管８４を冷却水が流れることで、冷却水がＨ鋼７０から熱を奪い、Ｈ鋼７０が冷却されるようになっている。この場合、冷却構造体８０のボディ８２は、Ｈ鋼のフランジ部７２の＋Ｙ側端部（炉内側端面７２ｂ）を覆っているので、フランジ部７２の＋Ｙ側端部を冷却することが可能となる。これにより、フランジ部７２の＋Ｙ端部からの溶損を抑制することが可能となる。

【0025】

以上、詳細に説明したように、本実施例１に係る冷却構造体８０は、自溶炉１０の炉体を形成するＨ鋼７０のウェブ部７１およびフランジ部７２により炉内側に形成される空間に設けられ、ウェブ部７１およびフランジ部７２の空間を形成する面に接触し、ウェブ部７１の炉内側端面７２ｂを覆うボディ８２と、内部に冷却水が流通する冷却水管８４とを備える。これにより、熱負荷の高いフランジ部７２の炉内側端面７２ｂがボディ８２の突出部８３に覆われるため、Ｈ鋼７０の冷却が効果的に行われ、Ｈ鋼７０の溶損が抑制される。このように、Ｈ鋼７０の溶損が抑制され、強度が維持されることで、自溶炉１０の倒壊も抑制される。なお、本実施例１では、Ｈ鋼７０の寿命を例えば６年以上まで延ばすことができるため、Ｈ鋼７０の更新（交換）工事の頻度を低減することができる。これにより、材料費や作業費などのコストを低減することができる。

【0026】

また、本実施例１では、冷却構造体８０のボディ８２は、銅製ジャケットである。このようにボディ８２の材料として熱伝導率の高い銅を用いることで、Ｈ鋼７０の冷却効果を高めることができる。また冷却水管８４も金属製とすることで、冷却水管８４の熱伝導率も高くなるため、Ｈ鋼７０の冷却効果を高めることができる。さらに、ボディ８２がウェブ部７１およびフランジ部７２の内側面７２ａに接触し、突出部８３が炉内側端面７２ｂに接触することで、高い冷却効果を得ることができる。なお、ボディ８２は銅以外の金属で形成してもよい。

【0027】

また、本実施例１では、ボディ８２にフィン部８５が形成されているため、ボディ８２と耐火物６４との接触面積が大きくなり、冷却効率を高くすることができる。

【0028】

また、本実施例１では、冷却水管８４をできるだけ上側（−Ｙ側）に設けているので、冷却水管８４の熱負荷を低くすることができ、冷却水管８４の溶損の発生を低減することができる。したがって、漏水が抑制され、安定して自溶炉１０を操業することができる。

【0029】

なお、上記実施例１では、冷却構造体８０をセットラ３０の天井部に設ける場合について説明したが、これに限らず、反応シャフト２０とセットラ３０との接合部など、セットラ３０の天井部以外の熱負荷の高い場所に設けることとしてもよい。これにより、熱負荷の高い場所に設けられるＨ鋼の溶損を効果的に抑制し、Ｈ鋼の寿命を延ばすことができる。

【0030】

なお、上記実施例１においては、ボディ８２に鋳込まれる冷却水管８４が１つである場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、ボディ８２の内部に３つの冷却水管８４ａ〜８４ｃを鋳込むこととしてもよい。これにより、効果的な冷却が可能となる。なお、冷却水管は２つ又は４つ以上であってもよい。

【0031】

なお、上記実施例１においては、ボディ８２とＨ鋼７０のウェブ部７１およびフランジ部７２とが接触している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、図５に示すように、ボディ８２とＨ鋼７０との間に熱伝導性部材９０が設けられてもよい。すなわち、ボディ８２が熱伝導性部材９０を介してＨ鋼７０のウェブ部７１やフランジ部の面と当着していてもよい。なお、熱伝導性部材９０としては、例えば銅やステンレスなどの金属、またはセメントなどの、レンガ６２よりも高い熱伝導率を有するものを採用することができる。これにより実施例１と同程度の冷却効果を得ることができる。なお、ボディ８２とウェブ部７１との間、および突出部８３と炉内側端面７２ｂとの間に熱伝導性部材９０を設けてもよい。

【実施例2】

【0032】

図６は、実施例２におけるＨ鋼７０近傍を示す断面図である。Ｈ鋼７０には、実施例２に係る冷却構造体８７が設けられている。冷却構造体８７は、ボディ８２の形状を除いて、実施例１の冷却構造体８０と同じ構成である。

【0033】

図６に示すように、ボディ８２は突出部８３に代えて突出部８８を有している。＋Ｘ側の突出部８８は、＋Ｘ方向にせり出し、＋Ｘ側のフランジ部７２の＋Ｘ側（外側）において−Ｙ方向（上方向）に立ち上がった状態となっている。これにより、＋Ｘ側の突出部８８は、フランジ部７２の炉内側端面７２ｂとフランジ部７２の外側面７２ｃ（内側面７２ａと反対側の面）の一部とを覆うようになっている。−Ｘ側の突出部８８も＋Ｘ側の突出部８８と左右対称ではあるが、同様となっている。

【0034】

実施例２によれば、突出部８８が、フランジ部７２のうち炉内部に近接する３面の少なくとも一部を覆うため、フランジ部７２の効果的な冷却が可能である。なお突出部８８は、外側面７２ｃの全体を覆ってもよい。

【0035】

なお、実施例２においても、実施例１と同様にボディ８２に複数の冷却水管を設けてもよいし、ボディ８２とＨ鋼７０との間に熱伝導性部材９０を設けてもよい。

【0036】

また、例えば冷却構造体８７のボディ８２は突出部８３および８８の両方を備えてもよい。すなわち、ボディ８２の下端部の一方から突出部８３（図３参照）が突出し、他方から突出部８８（図６参照）が突出してもよい。これにより熱負荷に応じて冷却性能を調節することが可能となる。

【0037】

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

【符号の説明】

【0038】

１０ 自溶炉
２０ 反応シャフト
３０ セットラ
４０ アップテイク
５０ 精鉱バーナ
７０ Ｈ鋼
７１ ウェブ部
７２ フランジ部
７２ａ 内側面
７２ｂ 炉内側端面
７２ｃ 外側面
８０、８０ａ、８０ｂ、８７ 冷却構造体
８２ ボディ
８３、８８ 突出部
８４、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ 冷却水管
９０ 熱伝導性部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】