JP6999473B2 - 自溶炉の冷却方法及び自溶炉の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は自溶炉の冷却方法及び自溶炉の冷却構造に関する。

近年、銅製錬の主要原料である銅精鉱は、銅品位が低下傾向にある一方で、硫黄品位が上昇傾向にあり、製錬工程において所定の銅生産を維持するためには原料処理量を増加させる必要がある。また、発熱源である硫黄品位の上昇により、自溶炉内での発熱量が増加するとともに、原料組成の変動に伴う熱負荷の変動が大きいため、炉体の健全性を維持するための炉体冷却機構の強化が不可欠となっている。このような炉体の冷却機構としては自溶炉の壁面へ装着可能な水冷ジャケットが既に提案されている（特許文献１、２等を参照。）。

特許第５４４１５９３号公報 特許第５５１１６０１号公報

現在は、原料処理量の増加と発熱源である硫黄品位の上昇により、自溶炉反応シャフト炉壁面への熱流束が１０年前に比べて約２５％増加している。この影響で、反応シャフト炉壁を構成する銅製水冷ジャケット表面のコーティング厚さの減少、また、操業変動時の剥離や脱落等が生じ、ジャケット本体が溶損する速度が加速している。さらに、近年処理量が増加しているリサイクル原料中の還元性成分の影響により、主に酸化物で構成されるコーティングが還元され、水冷ジャケットが溶損しやすい方向に作用している。また、処理量増加に伴い反応フレームが大形化したことで、炉内反応の一時的な悪化により反応フレームがシャフト炉壁面に接近し、急激に熱流束が増加し、溶損を促進するという現象も生じ易くなっている。

炉内面の冷却効果を高めるために炉内面と水冷ジャケットの水路との間の距離を近くすれば冷却効果は高まるが、冷却水路が炉内面に近くに位置しているため水冷ジャケットがわずかでも溶損すると水冷ジャケットの漏水が多発して減産の要因となるばかりか、炉内への漏水による水蒸気爆発リスクも増加する。例えば、その対策として、反応シャフトの冷却性能強化が挙げられるが、そのために反応シャフトを構成する構造部材の改造を行うとすると長い工期を要するばかりか莫大な投資を要し、場合によっては建屋構造の改造まで強いられるため現実的でない。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、冷却効果が高く、水蒸気爆発のリスクを低減した水冷ジャケットを用いることにより、反応シャフトを構成する構造部材の更新を必要とせず、炉体の健全性を少ない投資額で確実に維持することが可能な自溶炉の冷却方法及び自溶炉の冷却構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の本発明は、自溶炉のシャフトを構成する固定構造体である棚板と棚板の間に前記シャフトの側壁となる水冷ジャケットを装着し、前記水冷ジャケットに設けられた水路へ冷却水を供給することにより、炉内側に位置する前記水冷ジャケットの炉内面を冷却する自溶炉の冷却方法において、前記水冷ジャケットのうち最も炉内側に位置する前記炉内面から前記水冷ジャケットの最も近い水路までの区間における、炉内から炉外にかけての温度勾配の大きさを、２～７℃／ｍｍの範囲内にすることを特徴とする自溶炉の冷却方法を提供する。

上記課題を解決するため請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の自溶炉の冷却方法において、前記水冷ジャケットは、前記固定構造体である棚板と棚板の間へ装着される板状の第一の水冷ジャケットと、炉内側へ突出するフィンが複数設けられ、前記棚板と前記第一の水冷ジャケットの間に位置するようにして装着された第二の水冷ジャケットと、を有し、前記第二の水冷ジャケットの前記フィンの間に耐火物を配置することにより前記温度勾配を制御することを特徴とする。

上記課題を解決するため請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の自溶炉の冷却方法において、前記第二の水冷ジャケットの前記フィンの長さを１００～２００ｍｍ、厚みを５０～１００ｍｍ、前記フィンの間隔を５０～１００ｍｍとしたことを特徴とする。

上記課題を解決するため請求項４に記載の本発明は、請求項２又は３に記載の自溶炉の冷却方法において、前記第一の水冷ジャケットのうち最も炉内側に位置する前記炉内面から前記第一の水冷ジャケットの最も近い水路までの区間の距離と、前記第二の水冷ジャケットのうち最も炉内側に位置する前記炉内面から前記第二の水冷ジャケットの最も近い水路までの区間の距離を等距離としたことを特徴とする。

上記課題を解決するため請求項５に記載の本発明は、請求項２から４のいずれか一項に記載の自溶炉の冷却方法において、前記固定構造体のレイアウトを変更することなく前記第一の水冷ジャケットの水路のレイアウト又は前記第二の水冷ジャケットのフィンサイズの少なくとも一方を変更することにより、前記温度勾配を制御することを特徴とする。

本発明に係る自溶炉の冷却方法及び自溶炉の冷却構造によれば、炉内面と水冷ジャケットの水路との間の距離を確保して温度勾配を緩やかにすることで水冷ジャケットの溶損による水蒸気爆発のリスクを低減すると共に、大型フィンの間に耐火物を配置することでコーティングの安定化を図ることとしたので、反応シャフトを構成する構造部材の更新を必要とせず、炉体の健全性を少ない投資額で確実に維持することができるという効果がある。

本発明の好ましい一実施形態に係る自溶炉の概略正面断面図である。 反応シャフトの周壁（側壁）の構造の説明図である。 （Ａ）は第一の水冷ジャケットの平面図、（Ｂ）はその断面図である。 （Ａ）は第二の水冷ジャケットの背面図、（Ｂ）はその断面図である。 反応シャフトの周壁（側壁）の構造を示す断面図である。 （Ａ）は第一の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図、（Ｂ）は第二の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図である。 比較例である従来の反応シャフトの周壁（側壁）の構造を示す断面図である。 （Ａ）第一の水冷ジャケットに相当する位置に配置された従来の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図であり、（Ｂ）は第二の水冷ジャケットに相当する位置に配置されていた従来の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図である。

以下、本発明に係る自溶炉の冷却方法及びその冷却構造について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。

［自溶炉の構成］
先ず、本実施形態に係る自溶炉の構成について簡単に説明する。図１は本発明の好ましい一実施形態に係る自溶炉の概略正面断面図である。図示された自溶炉１は、概略として、一端側に設けられた反応シャフト２と、他端側に設けられたアップテイク４と、反応シャフト２とアップテイク４の中間部に位置するセットラ３を備えて炉体が構成されており、自溶炉１の炉体全体は鋼材等の金属製材料によって形成されたシェル（缶体）によって形成されている。反応シャフト２は、略円筒形状とされ、その上部に精鉱バーナ７が配置されている。そして、精鉱バーナ７には酸素富化空気の供給部８が設けられている。反応シャフト２に精鉱バーナ７から酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に精鉱（製錬原料）が吹き込まれると、瞬間的に化学反応が生起し、反応した精鉱（製錬原料）は比重差によってセットラ３の炉低部１ａ上でマット（下層）とスラグ（上層）とに分離される。セットラ３のマットレベルには不図示のマットタップホールが設けられ、セットラ３のスラグレベルには不図示のスラグタップホールが設けられる。スラグタップホールは不図示の錬かん炉に連結されており、スラグに含まれていた銅はマットとして回収される。一方、アップテイク４は、スラグ上層の排ガスを廃熱ボイラへ誘導して廃熱の回収を行い、冷却された排ガスは硫酸工場に送られる。ここで、反応シャフト２の周壁（側壁）には、複数の水冷ジャケット１０が装着されている。水冷ジャケット１０の装着先は、反応シャフト２の周壁（側壁）の全体であっても一部であってもよいが、少なくとも周壁（側壁）の最下部に位置するスカート部９ａの直上の筒状部９ｂには、水冷ジャケット１０が装着されているものとする。この筒状部９ｂには精鉱バーナ７から吹き込まれる精鉱と酸素富化空気が反応し生成する高温ガスが直接的に接触するため、熱流束が特に高いからである。

［反応シャフトの側壁］
次に、反応シャフト２の周壁（側壁）の構造について説明する。図２は反応シャフトの周壁（側壁）の構造の説明図である。図示されたように、反応シャフト２の周壁（側壁）には、側壁の骨組みである固定構造体１０ｃが配置される。この固定構造体１０ｃは、複数のリング状の棚板を高さ方向にかけて繰り返し配置し、これら棚板を複数の支柱（図５を参照）によって支持している。この固定構造体１０ｃの各段には、反応シャフト２の側壁となる水冷ジャケット１０が反応シャフト２の周方向（以下、単に「周方向」という。）にかけて複数並べて配置され、これら複数の水冷ジャケット１０が筒状の周壁（側壁）を構成している。個々の水冷ジャケット１０は、固定構造体１０ｃの間（棚板の隙間）へ装着される板状の第一の水冷ジャケット１０ａと、炉内側へ突出する複数の冷却フィン３０が多段状に設けられ、かつ第一の水冷ジャケット１０ａの間に位置するようにして装着される第二の水冷ジャケット１０ｂの２種類がある。これら第一の水冷ジャケット１０ａ及び第二の水冷ジャケット１０ｂの内部には、冷却水路（後述する図３、図４の符号１１）が配設されており、その冷却水路へ冷却水を供給することによって第一の水冷ジャケット１０ａ及び第二の水冷ジャケット１０ｂの炉内面２ａ（最も炉内側に位置する面）側を冷却する。特に本実施形態では、この水冷ジャケット１０を後述するような構成とすることにより、自溶炉１の操業中に炉内面２ａから炉外方向にかけての温度勾配を２～７℃／ｍｍの適切な範囲内に制御する。なお、操業時における反応シャフト２の炉内温度は約１，２００～１，４００℃である。

［第一の水冷ジャケットの構造］
次に、第一の水冷ジャケット１０ａの構造について説明する。図３（Ａ）は第一の水冷ジャケットの平面図、図３（Ｂ）はその断面図、図５は反応シャフトの周壁（側壁）の構造を示す断面図である。図示された第一の水冷ジャケット１０ａは、炉外側から順に、左右に配置された一対の取付部２１と、冷却水路１１を蛇行配置したジャケット本体２０を備えて構成されている。ジャケット本体２０は、上方側から見て概略部分輪帯状をしており、その両端の炉外側に突出するようにして一対の取付部２１が配置されている。この第一の水冷ジャケット１０ａの一対の取付部２１及びジャケット本体２０は、ジャケット本体２０の内部に冷却水路１１となる金属パイプを内装した状態で一体鋳造することによって形成されている。そして、第一の水冷ジャケット１０ａは、図５に示されるとおり、固定構造体１０ｃの所定の位置に隣接するようにして反応シャフト２の周方向に複数配置される。

［第一の水冷ジャケットの耐火物層］
次に、第一の水冷ジャケット１０ａの周辺の耐火物層について説明する。図５に示されるとおり、第一の水冷ジャケット１０ａとこれに隣接する後述する第二の水冷ジャケット１０ｂの冷却フィン３０との間隙（スペース）には、耐火物、例えば、耐火煉瓦などの定型耐火物３１Ａが配置される。そして、第一の水冷ジャケット１０ａの炉内面２ａ及び定型耐火物３１Ａの炉内面２ａは、アルミナ・クロミア質キャスタブル等の不定型耐火物によって被覆されている。これによって第一の水冷ジャケット１０ａの炉内面２ａの側に耐火物層３１が形成される。そして、第一の水冷ジャケット１０ａの一対の取付部２１、ジャケット本体２０、冷却フィン３０、及び冷却水路１１を熱伝導性が高い金属、例えば銅によって形成し、冷却水路１１内に冷却水を流通させることで、耐火物層３１を効率的に冷却することができる。

［第一の水冷ジャケットの冷却水路］
次に、第一の水冷ジャケット１０ａの冷却水路１１について説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり、第一の水冷ジャケット１０ａの一方の取付部２１の炉外側には冷却水路１１へ冷却水を供給するための供給口１２が配置され、第一の水冷ジャケット１０ａの他方の取付部２１の炉外側には冷却水路１１から冷却水を排出するための排出口１３が配置されている。冷却水路１１は、供給口１２から一方の取付部２１を経由してジャケット本体２０の側へ向けて直線状に延びた後、ジャケット本体２０の内部を蛇行してから、他方の取付部２１を経由し、排出口１３に向けて直線状に延びるように配管されている。なお、供給口１２及び排出口１３の形成先は反対であってもよい。そして、炉内面２ａから最も炉内面２ａ側に位置する冷却水路１１までの間の長さは後述する第二の水冷ジャケット１０ｂの冷却フィン３０の長さとほぼ同じ長さとされている。また、全ての第一の水冷ジャケット１０ａが同じ構造をしている必要は無く、例えば、図３（Ａ）に示されるとおり周方向に隣接する第一の水冷ジャケット１０ａの一方は、反応シャフト２の径方向（以下、単に「径方向」という。）に延びる直線に関して他方を反転した形状をしていてもよい。

［第二の水冷ジャケットの構造］
次に、第二の水冷ジャケット１０ｂの構造について説明する。図４（Ａ）は第二の水冷ジャケットの背面図、（Ｂ）はその断面図である。図４（Ｂ）に示すとおり、第二の水冷ジャケット１０ｂは、炉外側から順に、一対の取付部２１と、冷却水路１１を有するジャケット本体２０と、炉内側へ多段状に突出する複数の冷却フィン３０（本実施形態では２つの冷却フィン）を備えて構成されている。この第二の水冷ジャケット１０ｂのジャケット本体２０及び冷却フィン３０は、ジャケット本体２０の内部に冷却水路１１となる金属パイプを内装した状態で一体鋳造することによって形成されている。そして、第二の水冷ジャケット１０ｂは、図５に示されるとおり、固定構造体１０ｃの所定の位置であって、第一の水冷ジャケット１０ａとの間に位置するようにして反応シャフト２の周方向に複数配置される。

［第二の水冷ジャケットの耐火物層］
次に、第二の水冷ジャケット１０ｂの周辺の耐火物層について説明する。図５に示されるとおり第二の水冷ジャケット１０ｂの多段状の冷却フィン３０の間隙（スペース）には例えば、耐火煉瓦などの定型耐火物３１Ａが配置され、多段状の冷却フィン３０の炉内面２ａ及び定型耐火物３１Ａの炉内面２ａは、アルミナ・クロミア質キャスタブル等の不定型耐火物で覆われる。これによって第二の水冷ジャケット１０ａの炉内面２ａの側に耐火物層３１が形成される。なお、耐火物層３１は上述の第一の水冷ジャケット１０ａの炉内面２ａに形成された耐火物層３１と一体となっている。そして、第二の水冷ジャケット１０ｂのジャケット本体２０、冷却フィン３０、及び冷却水路１１を熱伝導性が高い金属、例えば銅によって形成し、冷却水路１１内に冷却水を流通させることで、耐火物層３１を効率的に冷却することができる。

［第二の水冷ジャケットの冷却水路］
次に、第二の水冷ジャケット１０ｂの冷却水路１１について説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり第二の水冷ジャケット１０ｂの背面右上端には冷却水路１１へ冷却水を供給するための供給口１２が配置され、第二の水冷ジャケット１０ｂの背面右下端には冷却水路１１から冷却水を排出するための排出口１３が配置されている。冷却水路１１は、右上端の供給口１２から炉内側へ向かって直線状に延びた後、ジャケット本体２０の内部をＣ字状に蛇行してから、炉外側へ向かって直線状に延びた後、右下端側の排出口１３に向かうようにして配管されている。なお、供給口１２及び排出口１３の形成先は反対であってもよい。また、全ての第二の水冷ジャケット１０ｂが同じ構造をしている必要は無く、例えば、周方向に隣接する第二の水冷ジャケット１０ｂの一方は、径方向に延びる直線に関して他方を反転した形状をしていてもよい。

［水冷ジャケットのサイズについて］
次に、水冷ジャケット１０のサイズについて説明する。本実施形態では、第一の水冷ジャケット１０ａのジャケット本体２０の径方向の長さを４００～５００ｍｍ、炉内面２ａから冷却水路１１までの長さを１５０～２５０ｍｍ、厚みを５０～１００ｍｍ、高さ方向にかけて隣接する第一の水冷ジャケット１０ａ同士の間隔を２００～４００ｍｍに設定する。また、本実施形態では、第二の水冷ジャケット１０ｂの冷却フィン３０の突出長さを１００～２００ｍｍ（好ましくは、１６０～２００ｍｍ）、ジャケット本体２０の径方向の長さを２００～３００ｍｍ、冷却フィン３０の厚みを５０～１００ｍｍ、高さ方向にかけて隣接する冷却フィン３０の間隔を５０～１００ｍｍである。なお、第二の水冷ジャケット１０ｂの冷却フィン３０の数は「２」である。また、第一の水冷ジャケット１０ａの炉内面２ａ（最も炉内側に位置する面）と第二の水冷ジャケット１０ｂの炉内面２ａ（最も炉内側に位置する面）は、共に略同一の円柱側面上に位置している。

［水路レイアウトについて］
次に、水冷ジャケット１０の水路レイアウトについて説明する。本実施形態では、図５に示すとおり炉内面２ａから第一の水冷ジャケット１０ａの最も近い冷却水路１１までの距離と、炉内面２ａから第二の水冷ジャケット１０ｂの最も近い冷却水路１１までの距離とを略等距離としている。

［水冷の方法］
次に、本実施形態に係る水冷ジャケット１０による水冷の方法について説明する。自溶炉１においては冷却水路１１の供給口１２から所定の流速で冷却水を流し、それを排出口１３から排出することによって耐火物層３１を積極的に冷却して自溶炉１の安定操業を行うことが出来る。また、冷却水路１１への冷却水の流量を適宜調整することで冷却の強弱を調整することが出来る。この場合、熱電対による常時監視のデータを利用して測定温度が上昇した場合には冷却水の流量を増やし、温度が安定してきたら冷却水の流量を減らす等の調整をコンピュータ管理によって行わせることも出来る。

［比較例について］
次に、比較例として従来の反応シャフト２の周壁（側壁）について説明する。図７は比較例である従来の反応シャフトの周壁（側壁）の構造を示す断面図である。比較例（図７）と本実施形態（図５）との間では、固定構造体１０ｃのレイアウトは共通であり、操業の条件（水冷の条件等）も共通である。但し、比較例（図７）では、第二の水冷ジャケット１０ｂに相当する水冷ジャケット１００ｂは形状が相違しており、冷却フィン３０に相当する冷却フィン３００の炉内側の凹凸のサイズ（厚み、間隔、長さ）も本実施形態（図５）より小さく、しかも、その数は「４」であって本実施形態（図５）の「２」より多い。また、比較例（図７）では、第二の水冷ジャケット１０ｂに相当する水冷ジャケット１００ｂの炉内面２ａは、第一の水冷ジャケット１０ａに相当する水冷ジャケット１００ａの炉内面２ａよりも炉外側に凹んでいる。このため、比較例（図７）では炉内面２ａの位置に凹凸が生じている。また、比較例（図７）では水冷ジャケット１００ａの冷却水路１１０は、炉内面２ａ近くに配置されており、炉内面２ａから水冷ジャケット１００ａの最も近い冷却水路１１０までの距離は炉内面２ａから水冷ジャケット１００ｂの最も近い冷却水路１１０までの距離よりも短くなっている。また、比較例（図７）における耐火物層３１は、定型耐火物３１Ａを含まず不定型耐火物のみで構成される。

［比較例との構造の比較］
次に、本実施形態の構造（図５）を比較例の構造（図７）と比較する。本実施形態では第二の水冷ジャケット１０ｂには大きな冷却フィン３０が設けられており、大きな冷却フィンを有しない比較例の水冷ジャケット１００ｂとは形状が相違している。また、本実施形態では第二の水冷ジャケット１０ｂの炉内面２ａと第一の水冷ジャケット１０ａの炉内面２ａとが略同一の円柱側面上に位置している。よって、本実施形態では冷却フィン３０の厚みが第一の水冷ジャケット１０ａの先端の厚みに近づき、また炉内面２ａの分布も平坦化される。また、比較例（図７）では、水冷ジャケット１００ａの冷却水路１１０が炉内面２ａ近くに位置しているため、この部分の冷却効果は高く、この部分では急激な温度勾配となっている一方、水冷ジャケット１００ｂにおいては冷却水路１１０が水冷ジャケット１００ａよりも炉外側に位置しているため冷却効果はそれよりも低く、温度勾配も緩やかである。そのため、炉内コーティングが溶損した場合には水冷ジャケット１００ａの冷却水路１１０が危険に晒されることとなる。これに対し、本実施形態では冷却水路１１の埋設深さ分布（炉内から最も近い冷却水路１１までの距離の分布）が均一化されているので、どの位置でも温度勾配は平均化され、炉内コーティングの溶損があった場合でも冷却水路１１は安全に守られる。

［比較例との温度分布の比較］
次に、本実施形態の温度勾配（図６）を比較例の温度勾配（図８）と比較する。図６（Ａ）は第一の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図、図６（Ｂ）は第二の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図である。また、図８（Ａ）は第一の水冷ジャケットに相当する位置に配置された従来の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図であり、図８（Ｂ）は第二の水冷ジャケットに相当する位置に配置されていた従来の水冷ジャケットの炉内から炉外にかけての温度勾配を示す図である。なお、グラフの横軸は位置、縦軸は温度を示している。グラフにおいて符号ａで示すのは炉内面２ａの位置、符号ｄで示すのは炉内面２ａから最も近い冷却水路１１，１１０の位置である。

先ず、本実施形態では第一の水冷ジャケット１０ａにおける冷却水路１１の埋設深さ（炉内から最も近い冷却水路１１までの距離）と第二の水冷ジャケット１０ｂにおける冷却水路１１の埋設深さ（炉内から最も近い冷却水路１１までの距離）が略等距離なので、炉内面２ａから冷却水路１１までの間の温度勾配（図６（Ａ））は平均化され、どの位置でもほぼ同様となり、比較例（図８（Ａ））のような急激な温度勾配を示す箇所がない。比較例（図８（Ａ））では急激な箇所の温度勾配が１０～２２℃／ｍｍであるのに対して本実施形態（図６（Ａ））ではどの箇所でも温度勾配が２～７℃／ｍｍ（条件によっては２～５℃／ｍｍ）になる。

また、本実施形態では第二の水冷ジャケット１０ｂでは大きな冷却フィン３０を設けると共に、冷却フィン３０の間隙に定型耐火物３１Ａを配置したので、第二の水冷ジャケット１０ｂにおける炉内面２ａから冷却水路１１までの間の温度勾配（図６（Ｂ））が比較例（図８（Ａ））より緩やかになる。比較例（図８（Ｂ））では温度勾配が５～１０℃／ｍｍであるのに対して本実施形態（図６（Ｂ））では温度勾配が２～７℃／ｍｍ（条件によっては２～５℃／ｍｍ）になる。

また、本実施形態では第一の水冷ジャケット１０ａと第二の水冷ジャケット１０ｂとの間で冷却水路１１の埋設深さ（炉内から最も近い冷却水路１１までの距離）を略同じにしたので、温度が最低レベルに落ち込む位置を、第一の水冷ジャケット１０ａ及び第二の水冷ジャケット１０ｂの間で略同じ、すなわち、平均化することができる（図６（Ａ）、（Ｂ））。

また、本実施形態では第一の水冷ジャケット１０ａと第二の水冷ジャケット１０ｂとの間で炉内面２ａの分布を平坦化し、また第一の水冷ジャケット１０ａの先端及び冷却フィン３０のピッチや厚みを均一化したので、炉内から炉外に向けての温度勾配を第一の水冷ジャケット１０ａ及び第二の水冷ジャケット１０ｂの間で略同じにすることができる（図６（Ａ）、（Ｂ））。

［比較例との溶損の比較］
次に、本実施形態で生じる溶損を比較例で生じる溶損と比較する。
上述したとおり比較例では水冷ジャケット１００ａと水冷ジャケット１００ｂとの間で炉内から炉外にかけての温度勾配にズレが生じるので（図８（Ａ）、（Ｂ）参照）、炉内面２ａに冷却ムラが生じ、操業中に炉内面２ａの側へ形成されるコーティング層（不図示）の分布にもムラが生じる。このため比較例では一部の水冷ジャケット１００ａ，１００ｂの溶損が加速し、炉内漏水に起因した水蒸気爆発の生じるリスクが高かった。

一方、本実施形態では第一の水冷ジャケット１０ａと第二の水冷ジャケット１０ｂとの間で炉内から炉外にかけての温度勾配にはズレが生じないので（図６（Ａ）、（Ｂ）参照）、炉内面２ａに冷却ムラが生じ難く、操業中に炉内面２ａの側へ形成されるスラグコーティング層の分布にもムラが生じ難い。このため本実施形態では一部の水冷ジャケットの溶損が加速するといった自体は生じにくく、水蒸気爆発の生じるリスクも低い。

［実施形態の効果］
以上説明したとおり、本実施形態の自溶炉の冷却方法によれば、炉内面２ａから水冷ジャケット１０の冷却水路１１までの間の温度勾配を２～７℃／ｍｍの範囲内としたので、炉内面２ａの冷却のために除去する熱量を増加することなく、また反応シャフト２の固定構造体１０ｃに変更を加えることなく、炉内面２ａの冷却ムラを抑えることが可能である。よって、本実施形態の自溶炉１の冷却方法によれば、炉体の健全性を少ない投資額で確実に維持することが可能である。

また、本実施形態の自溶炉の冷却方法によれば、第二の水冷ジャケット１０ｂの冷却フィン３０の間に耐火物３１Ａを配置することにより温度勾配を制御するので、炉内面２ａの冷却ムラを効果的に抑えることができる。

また、本実施形態の自溶炉の冷却方法によれば、炉内面２ａから第一の水冷ジャケット１０ａの最も近い冷却水路１１までの距離と、炉内面２ａから第二の水冷ジャケット１０ｂの最も近い冷却水路１１までの距離を略等距離としたので、炉内から炉外に向けての温度勾配を第一の水冷ジャケット１０ａ及び第二の水冷ジャケット１０ｂの間で略同じにすることができる。

また、本実施形態の自溶炉の冷却方法によれば、固定構造体１０ｃのレイアウトを変更することなく第一の水冷ジャケット１０ａの冷却水路１１のレイアウト又は第二の水冷ジャケット１０ｂの冷却フィン３０のサイズの少なくとも一方を変更することにより、温度勾配を制御することができるので経済的である。

また、本実施形態の自溶炉の冷却構造によれば、炉内面２ａの冷却のために除去する熱量を増加することなく、また反応シャフト２の固定構造体１０ｃに変更を加えることなく、炉内面２ａの冷却ムラを抑えることが可能である。よって、炉体の健全性を少ない投資額で確実に維持することが可能となる。

また、本実施形態の自溶炉の冷却構造によれば、炉内面２ａから第一の水冷ジャケット１０ａの最も近い冷却水路１１までの距離と、炉内面２ａから第二の水冷ジャケット１０ｂの最も近い冷却水路１１までの距離が略等距離としたので、炉内から炉外に向けての温度分布を第一の水冷ジャケット１０ａ及び第二の水冷ジャケット１０ｂの間で略同じにすることができる。

［温度監視についての補足］
水冷ジャケット１０には冷却フィン３０及び第一の水冷ジャケット１０ａの先端（以下「冷却フィン３０等」という。）の溶損進行度を把握するために１又は複数の熱電対が配置されてもよい。熱電対によって測定された温度データは、コンピュータ５０を用いて解析することによって冷却フィン３０等の溶損進行度を常時監視するようになっていてもよい。熱電対は、水冷ジャケット１０に設けられた所定の冷却フィン３０等の基端部に取り付けられており、この部分で測定された温度が図示しない制御室に設置されたコンピュータに常時取り込まれて監視される。この温度によって冷却フィン３０等の溶損の進行状態を把握することができる。コンピュータは測定温度に基づいて冷却フィン３０等の寿命を推定し、音や光（ランプ）による警報、プリントアウト等により保安要員等に警告及び通知する。これを基に保安要員等は、予め交換の必要な水冷ジャケット１０を準備しておくことにより、長時間の操業停止等を回避することが可能になる。また、予めコンピュータに所定の温度を設定しておき、熱電対による測定温度がその設定温度になったときに水冷ジャケット１０の交換を促す警報を行うように構成することも可能である。

なお、本実施形態によれば、第一の水冷ジャケット１０ａが溶損する時期と第二の水冷ジャケット１０ｂが溶損する時期との差を小さくすることができるので、一方の水冷ジャケットの熱電対を省略し、他方の水冷ジャケットの熱電対の出力に基づき当該一方の水冷ジャケットの交換時期を予測してもよい。

［その他の実施の形態］
本発明は各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 自溶炉
１ａ 炉底部
２ 反応シャフト
２ａ 炉内面
３ セットラ
４ アップテイク
７ 精鉱バーナ
８ 酸素富化空気供給部
９ａ スカート部
９ｂ 筒状部
１０ 水冷ジャケット
１０ａ 水冷ジャケット
１０ｂ 水冷ジャケット
１０ｃ 固定構造体
１１ 冷却水路
１２ 供給口
１３ 排出口
１４ 締着部材
２０ ジャケット本体
２１ 取付部
３０ 冷却フィン
３１ 耐火物層
３１Ａ 定型耐火物
１００ａ 水冷ジャケット
１００ｂ 水冷ジャケット
１１０ 冷却水路
３００ 冷却フィン

Claims (5)

1. 自溶炉のシャフトを構成する固定構造体である棚板と棚板の間に前記シャフトの側壁となる水冷ジャケットを装着し、前記水冷ジャケットに設けられた水路へ冷却水を供給することにより、炉内側に位置する前記水冷ジャケットの炉内面を冷却する自溶炉の冷却方法において、
   前記水冷ジャケットのうち最も炉内側に位置する前記炉内面から前記水冷ジャケットの最も近い水路までの区間における、炉内から炉外にかけての温度勾配の大きさを、２～７℃／ｍｍの範囲内にすることを特徴とする自溶炉の冷却方法。
2. 請求項１に記載の自溶炉の冷却方法において、
   前記水冷ジャケットは、
   前記固定構造体である棚板と棚板の間へ装着される板状の第一の水冷ジャケットと、
   炉内側へ突出するフィンが複数設けられ、前記棚板と前記第一の水冷ジャケットの間に位置するようにして装着された第二の水冷ジャケットと、を有し、
   前記第二の水冷ジャケットの前記フィンの間に耐火物を配置することにより前記温度勾配を制御することを特徴とする自溶炉の冷却方法。
3. 請求項２に記載の自溶炉の冷却方法において、
   前記第二の水冷ジャケットの前記フィンの長さを１００～２００ｍｍ、厚みを５０～１００ｍｍ、前記フィンの間隔を５０～１００ｍｍとしたことを特徴とする自溶炉の冷却方法。
4. 請求項２又は３に記載の自溶炉の冷却方法において、
   前記第一の水冷ジャケットのうち最も炉内側に位置する前記炉内面から前記第一の水冷ジャケットの最も近い水路までの区間の距離と、前記第二の水冷ジャケットのうち最も炉内側に位置する前記炉内面から前記第二の水冷ジャケットの最も近い水路までの区間の距離を等距離としたことを特徴とする自溶炉の冷却方法。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載の自溶炉の冷却方法において、
   前記固定構造体のレイアウトを変更することなく前記第一の水冷ジャケットの水路のレイアウト又は前記第二の水冷ジャケットのフィンサイズの少なくとも一方を変更することにより、前記温度勾配を制御することを特徴とする自溶炉の冷却方法。

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