特許 6804963 止滓装置

(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】6804963

(24)【登録日】2020年12月7日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】止滓装置

(51)【国際特許分類】

   F27B 3/19 20060101AFI20201214BHJP

   F27D 3/14 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   F27B3/19

   F27D3/14 B

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-242320(P2016-242320)

(22)【出願日】2016年12月14日

(65)【公開番号】特開2018-96630(P2018-96630A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年8月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】593213342

【氏名又は名称】株式会社日向製錬所

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】藤田 涼太

(72)【発明者】

【氏名】河野 利則

(72)【発明者】

【氏名】川野 幸治

【審査官】 鈴木 毅

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１０６９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０６０６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−３１２０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１４５４１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｄ ３／１４

Ｆ２７Ｂ ３／００ − ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気炉におけるスラグタップホールから抜き出される溶融スラグを止滓するための止滓装置であって、
駆動源としてのシリンダと、
前記シリンダと連結されたピニオンギアと、
基台に固定されており、前記ピニオンギアに上方から噛合する上方ラックと、
前記基台に固定されておらず、前記ピニオンギアに下方から噛合する下方ラックと、
前記下方ラックに接続され、先端にテーパー状の水冷栓が設けられた水冷栓棒と、
を備え、
前記水冷栓棒は、前記下方ラックの、該水冷栓棒が前記スラグタップホールに向かう前方向の先端部に直接接続されており、前記ピニオンギアを介した前記下方ラックの移動に伴って直接、前方又は後方に移動する、
止滓装置。

【請求項2】

前記上方ラックを固定している前記基台の上面には、該基台の位置及び角度を調整する調整機構を有する支持体が設けられている
請求項１に記載の止滓装置。

【請求項3】

前記支持体の上部には、走行車輪が設けられており、
前記走行車輪には、走行用駆動モータが設けられている
請求項２に記載の止滓装置。

【請求項4】

前記下方ラックには、前記水冷栓棒を固定保持するための筐体が接続されており、
前記筐体内に前記水冷栓棒が挿入されることで、該水冷栓棒と前記下方ラックとが接続状態となり、
前記筐体内の底部であって前記下方ラックとの接続箇所には、バネ体が設けられている
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の止滓装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、止滓装置に関するものであり、より詳しくは、電気炉のスラグタップホールから吐出される溶融スラグを止滓するための操作を行う装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、フェロニッケル製錬に用いる電気炉の操業では、アークにより発生する熱とスラグ層の抵抗により発生する熱とでスラグ層の上に供給される焼鉱を溶融してスラグとメタルとを生成させ、比重分離により、電気炉の底部に溶融状態のメタル層を形成し、その上にスラグ層を形成する。

【0003】

具体的に、図５は、電気炉での操業の様子を示す電気炉の縦断面図である。図５に示すように、フェロニッケル製錬における電気炉１００は、例えば三相交流式の電気炉であり、天井部より３本の電極１０１が垂下され、電極１０１への通電により、投原管１０２から投入された焼鉱１１０が溶融し、電気炉底部にメタル層１２０が形成され、そのメタル層１２０の上にスラグ層１３０が形成される。そして、メタル層１２０における溶融物（溶融メタル）は、メタルタップホール（「出銑口」とも呼ばれる）１０３から抜き出され、スラグ層１３０における溶融物（溶融スラグ）は、スラグタップホール（「出滓口」とも呼ばれる）１０４から抜き出される。なお、抜き出された溶融メタルは、その後の処理を経てフェロニッケル製品となり、抜き出された溶融スラグは、骨材等となる。

【0004】

さて、スラグタップホール１０４から溶融スラグを抜き出すにあたり、溶融スラグの抜き出し停止（「止滓」とも呼ばれる）の操作は、例えば、内部に冷却水を通水したテーパー形状の水冷栓を先端に備えた棒（以下、「水冷栓棒」ともいう）をスラグタップホール１０４に差し込み閉塞させることによって行う。

【0005】

より具体的に、溶融スラグの止滓操作においては、水冷栓棒をスラグタップホール１０４に水冷栓棒の先端を差し込むと、そのスラグタップホール１０４を介して流れてくる溶融スラグが水冷栓と接触することによって冷却されて固化する。すると、固化したスラグがいわゆる閉塞栓となってスラグタップホール１０４を閉塞し、これにより、溶融スラグの抜き出しを止める（止滓）することができる。

【0006】

ところが、このような止滓操作は、水冷栓棒を用いて作業者の手で行われており、１５００℃〜１６００℃程度で吐出される溶融スラグの近傍で行う必要があるため、吐出される溶融スラグからの輻射熱や飛散する溶融スラグの接触等による危険を伴い、その危険を万全に回避するための安全対策を高める必要があった。また、作業者の手によって行われる操作であるため、熟練度合い等に依存するところもあり、その結果作業効率性が向上せず、電気炉の操業効率も低下することがあった。

【0007】

例えば、特許文献１には、溶融還元炉の出銑口の閉塞装としてマッドガンを用いた装置が開示されているが、そのマッドガンはメタルタップホールに適用されるものであり、メタルと性状が異なる溶融スラグが抜き出されるスラグタップホールへの止滓操作には有効に適用することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特公平７−１７９３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電気炉から抜き出される溶融スラグの止滓操作における作業負荷を軽減し、安全性高く作業することを可能にする止滓装置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】

【0010】

本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、駆動源と、ピニオンギアと、ラックとを組み合わせた特定の機構を備えた止滓装置により、止滓操作における作業負荷を軽減し、作業の安全性を高められることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0011】

（１）本発明の第１の発明は、電気炉におけるスラグタップホールから抜き出される溶融スラグを止滓するための止滓装置であって、駆動源としてのシリンダと、前記シリンダと連結されたピニオンギアと、基台に固定されており、前記ピニオンギアに上方から噛合する上方ラックと、前記ピニオンギアに下方から噛合する下方ラックと、前記下方ラックに接続され、先端にテーパー状の水冷栓が設けられた水冷栓棒と、を備える、止滓装置である。

【0012】

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記上方ラックを固定している前記基台の上面には、該基台の位置及び角度を調整する調整機構を有する支持体が設けられている、止滓装置である。

【0013】

（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記支持棒の上部には、走行車輪が設けられており、前記走行車輪には、走行用駆動モータが設けられている、止滓装置である。

【0014】

（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記下方ラックには、前記水冷栓棒を固定保持するための筐体が接続されており、前記筐体内に前記水冷栓棒が挿入されることで、該水冷栓棒と前記下方ラックとが接続状態となり、前記筐体内の底部であって前記下方ラックとの接続箇所には、バネ体が設けられている、止滓装置である。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る止滓装置によれば、電気炉から抜き出される溶融スラグの止滓操作における作業負荷を軽減し、完全性の高い作業を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】止滓装置の構成の一例を示す模式図である。

【図2】ピニオンギアを後方から視たときの側面図である。

【図3】水冷栓棒の構成の一例を示す構成図である。

【図4】電気炉のスラグタップホールに対して、止滓装置における水冷栓棒を挿入するときの様子を示す図である。

【図5】電気炉での操業の様子を示す電気炉の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

【0018】

［止滓装置の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る止滓装置の構成の一例を示す模式図である。止滓装置１は、電気炉１００におけるスラグタップホール１０４から抜き出される溶融スラグを止滓するための止滓装置である。なお、図１中の矢印Ｘ方向において、図１向かって右側を「前方」とし、図１向かって左側を「後方」とする。また、電気炉１００の構成については、図５と同様である。

【0019】

具体的に、止滓装置１は、駆動源としてのシリンダ２と、シリンダ２と連結されたピニオンギア３と、基台に固定されておりピニオンギア３に上方から噛合する上方ラック４と、ピニオンギア３に下方から噛合する下方ラック５と、下方ラック５に接続され、先端にテーパー状の水冷栓６１が設けられた水冷栓棒６と、を備える。

【0020】

（シリンダ）
シリンダ２は、駆動源として作用し、シリンダ２のピストンロッド先端に連結したピニオンギア３がシリンダ２の往復運動（直線運動）により駆動する。シリンダ２としては、特に限定されず、例えば、圧縮空気を利用するエアシリンダや、油圧を利用する油圧シリンダ等を用いることができる。

【0021】

（ピニオンギア）
ピニオンギア３は、回転軸３１を介してシリンダ２と連結されており、シリンダ２の直線運動を回転運動に変換する。なお、上述したように、ピニオンギア３は、シリンダ２のピストンロッド先端に取り付けられている。このピニオンギア３は、上方に位置する上方ラック４と、下方に位置する下方ラック５と、それぞれ噛合する。

【0022】

図２は、図１中の矢印Ｘ方向にピニオンギア３を後方から視たときの側面図であり、ピニオンギア３及びその周囲の構成を示す図である。図２に示すように、ピニオンギア３は、回転軸３１を略中心に有し、上部噛合部３２にて上方ラック４と噛合し、下部噛合部３３にて下方ラック５と噛合する。また、ピニオンギア３には、その回転軸３１の両端にガイドローラ８（８ａ，８ｂ）が設けられている。ピニオンギア３は、シリンダ２の往復運動に伴って、ガイドレール９（９ａ，９ｂ）に沿って前方又は後方に移動する。

【0023】

（上方ラック）
上方ラック４は、ピニオンギア３に上方から上部噛合部３２にて噛合するラックギアである。上方ラック４は、図１及び図２に示すように、基台７に固定されている。したがって、この上方ラック４自体は前方又は後方に移動しない。基台７に固定されている上方ラック４上では、シリンダ２の往復運動に伴ってピニオンギア３が図１中矢印Ｘ方向において前後に動くようになっている。

【0024】

（下方ラック）
下方ラック５は、ピニオンギア３の下方から下部噛合部３３にて噛合するラックギアである。下方ラック５は、図２に示すように、その両側において、先端が凸型形状の軸５１ａ，５１ｂが設けられている。下方ラック５の両側に設けられた軸５１ａ，５１ｂは、その先端にある凸型形状部においてロッドガイド１０（１０ａ，１０ｂ）とそれぞれ嵌合する。下方ラック５は、上方ラック４とは異なり、基台７に直接固定されていないため、ロッドガイド１０ａ，１０ｂに沿って図１中矢印Ｘ方向において前後に動くようになっている。また、下方ラック５は、固定されていないことにより、ピニオンギア３の移動量（シリンダ２のストローク）のおよそ２倍の移動量が付与されることになる。なお、下方ラック５の具体的な移動のメカニズムについては後述する。

【0025】

なお、図２に示すような構成のギア伝動機構を設けることによって、それぞれの構成が適度に支持されるとともに、スムーズな動作を生じさせることができる。

【0026】

（水冷栓棒）
水冷栓棒６は、先端にテーパー状の水冷栓６１が取り付けられた棒状体であり、下方ラック５に接続されている。止滓装置１においては、シリンダ２の往復運動によりピニオンギア３を介して下方ラック５が図１中矢印Ｘ方向の前方又は後方に動き、下方ラック５の動きに伴って、その下方ラック５に接続された水冷栓棒６が、電気炉のスラグタップホール１０４に挿入（差し込み）又は抜去される。

【0027】

図３は、水冷栓棒６の構成を示す構成図であり、下方ラック５との接続状態を示す拡大図である。水冷栓棒６には、冷却水を内部に供給するための冷却水供給口６２と、冷却水を内部から排出するための冷却水排出口６３とを有する。冷却水供給口６２から供給された冷却水は、水冷栓棒６の内部を通って水冷栓６１が設けられた先端部まで到達する。冷却水は、水冷栓棒６内を循環するため、水冷栓棒６全体が冷却される。これにより、水冷栓棒６がスラグタップホール１０４に挿入されると、冷却された水冷栓棒６により溶融スラグが固化するようになる。なお、冷却水供給口６２、冷却水排出口６３には、例えば冷却水を供給する、または排出させるための冷却水ホース等が接続される。

【0028】

また、図３に示すように、水冷栓棒６は、下方ラック５の先端５Ａに取り付けられたケース（筺体）４０内に挿入されて接続される。筺体４０は、水冷栓棒６を固定保持するためのものであり、その底部（下方ラック５と接続箇所付近）には、スプリング等のバネ体が設けられている。このように、筺体４０の底部にバネ体を設けて、その筺体４０に水冷栓棒６を挿入して下方ラック５と接続することで、水冷栓棒６をスラグタップホール１０４に挿入又は抜去するときの衝撃を緩和することができる。すなわち、水冷栓棒６をスラグタップホール１０４に挿入する際に受ける反力を吸収することができ、また、万一、水冷栓棒６がスラグタップホール１０４の周辺位置に接触した場合でも、その衝撃を吸収することができスラグタップホール１０４の破損を防ぐことができる。

【0029】

［止滓装置の動作］
このような止滓装置１においては、上方ラック４と、シリンダ２のピストンロッド先端に取り付けられたピニオンギア３との噛み合い、及び、ピニオンギア３と、水冷栓棒６が接続された下方ラック５との噛み合いにより、シリンダ２の直線往復運動に伴って、水冷栓棒６を図１中矢印Ｘ方向の前方又は後方の方向に動作させることができる。

【0030】

より具体的に、止滓装置１においては、シリンダ２の押し出し動作（前方方向への直進運動）により、シリンダ２のピストンロッド先端に取り付けられたピニオンギア３が上方ラック４と噛み合い、ピニオンギア３の回転軸３１の両側に設けたガイドローラ８ａ，８ｂがガイドレール９ａ，９ｂに沿ってピニオンギア３が後方方向に移動する。また、それと同時に、ピニオンギア３は下方ラック５と噛み合い、下方ラック５の両側に設けた凸型形状の軸５１ａ，５１ｂが凹型形状の前進のロッドガイド１０ａ，１０ｂに沿って、下方ラック５が前方の方向に移動する。そして、このような下方ラック５の前方方向への移動により、下方ラック５に接続された水冷栓棒６が前方に移動する。なお、水冷栓棒６の後方への移動（後退の動作）は、上述した動作の逆の動作を行うことで可能となる。

【0031】

また、止滓装置１においては、上方ラック４、下方ラック５、及びピニオンギア３の伝動機構を適用することにより、水冷栓棒６の上方の位置にシリンダ２を配置させることができ、長手方向（奥行き，図１中矢印Ｘ方向）の寸法を抑えることもできる。このことから、長手方向のスペース制約がある場所での設置に有利であり、上下方向のスペースを有効に利用することができる。また、シリンダ２を止滓装置１における上部の位置に配置することで、電気炉１００から樋上を流れる溶融スラグの輻射熱から遠ざけることができ、加えて止滓装置１の本体周りに防熱板１１（図１参照）を取り付けることができ、更なる焼損防止を期待することができる。

【0032】

図４は、電気炉１００のスラグタップホール１０４に対して、止滓装置１における水冷栓棒６を挿入するときの様子を示す図である。止滓装置１においては、未動作時には、上述したギア電動機構に基づいて図４（Ａ）に示すように水冷栓棒６を図４（Ａ）中矢印Ｙ方向に移動させて、スラグタップホール１０４を開放させる。これにより、電気炉１００からは、スラグタップホール１０４を介して溶融スラグが抜き出され、溶融スラグ樋１０４ａを通って移送されることになる。

【0033】

一方で、電気炉１００から所定量の溶融スラグが抜き出され、それ以上の抜き出しを停止させる止滓作業を行うに際しては、止滓装置１において、上述したギア電動機構に基づき、図４（Ｂ）に示すように水冷栓棒６を図４（Ｂ）中矢印Ｚ方向に移動させて、水冷栓棒６を先端からスラグタップホール１０４に挿入させるようにする。水冷栓棒６には、先端に冷却水が循環している水冷栓６１が設けられているため、スラグタップホール１０４への水冷栓棒６の挿入により、水冷栓６１と接触した溶融スラグが冷却固化され、固化したスラグがいわゆる閉塞栓となって溶融スラグの流出を止める。

【0034】

［止滓装置における他の構成］
ここで、図１に示すように、止滓装置１においては、上方ラック４を固定している基台７の上面に、その基台７の位置及び角度を調整する調整機構１２（図１中点線丸囲み部）を有する支持体１３を設けることができる。このように、調整機構１２を設けることによって、水冷栓棒６のスラグタップホール１０４への挿入位置を容易にかつ適切に定めることができる。

【0035】

具体的に、位置及び角度を調整する調整機構１２としては、特に限定されないが、例えばベベルギアボックス等を用いることができる。調整機構１２としてベベルギアボックスを用いた場合、ベベルギアボックス出力軸と支持体１３とを接続させて、ベベルギアボックス入力軸にハンドル等を接続して回転させることによって、容易に位置及び角度の調整を行うことができる。さらに、ベベルギアボックス入力軸にモータを接続することによって、機械的な自動操作を行うことが可能となり、人力作業が無くなるためより一層に調整が容易になり、作業の安全性も向上させることができる。

【0036】

なお、支持体１３としては、図１に示すように、例えば２本備えるようにすることができる。そして、例えば、基台７の上面に備えた２本の支持体１３を雄ネジとし、基台７における支持体１３の取付部に雌ネジを備えるようにすることで、支持体１３を回転させる操作によって基台７を昇降させることができるため、その基台７の位置及び角度の調整を容易に行うことが可能となる。

【0037】

また、支持体１３の上部には、走行機構１４を設けることができる。具体的に、走行機構１４としては、走行車輪１５と、モータ回転軸１６ａを介して走行車輪１５を回転させる走行用駆動モータ１６とを備える機構を設けることができる。例えば、止滓装置１を設置する箇所、つまり作業場の天井部９０に走行レール９１を設けるようにし、その走行レール９１上を、走行機構１４を介して止滓装置１が走行するようにすることができる。

【0038】

このように、止滓装置１において、走行を可能にする走行機構１４を設けることによって、止滓作業前の待機位置から、電気炉１００におけるスラグタップホール１０４の正面手前の位置までの移動や、止滓作業後のスラグタップホール１０４の正面から待機位置までの移動を、容易に行うことができる。

【0039】

また、その走行機構１４においては、走行用駆動モータ１６にリミットスイッチ等を組み合わせるようにしてもよい。これにより、電気炉１００におけるスラグタップホール１０４の手前の適切な位置で自動停止するように構成することもでき、作業効率を向上させることができ好ましい。

【0040】

なお、止滓装置１において、上述した調整機構１２と走行機構１４とを併せて備える場合、止滓装置１を走行機構１４により走行させる前の待機位置での待機状態にあるときに、基台７の位置及び角度を調整することが好ましい。これにより、止滓作業中には、スラグタップホール１０４の閉塞作業のみを行えばよく、作業効率を高めることができる。

【符号の説明】

【0041】

１ 止滓装置
２ シリンダ
３ ピニオンギア
４ 上方ラック
５ 下方ラック
６ 水冷栓棒
７ 基台
８，８ａ，８ｂ ガイドローラ
９，９ａ，９ｂ ガイドレール
１０，１０ａ，１０ｂ ロッドガイド
１１ 防熱板
１２ 調整機構
１３ 支持体
１４ 走行機構
１５ 走行車輪
１６ 走行用駆動モータ
１６ａ モータ回転軸
３１ ピニオンギアの回転軸
４０ 筺体（ケース）
６１ 水冷栓
６２ 冷却水供給口
６３ 冷却水排出口
１００ 電気炉
１０１ 電極
１０２ 投原管
１０４ スラグタップホール
１０４ａ 溶融スラグ樋
１１０ 焼鉱
１２０ メタル層
１３０ スラグ層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】