JP6136071B2

JP6136071B2 - アノード鋳張り防止方法と、アノード鋳張り防止用のアノード鋳型乾燥用空気配管

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Publication number: JP6136071B2
Application number: JP2013183007A
Authority: JP
Inventors: 卓也大原; 中野　修; 修中野; 一広森; 浩二続木
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: JP2015047633A

Description

本発明は、銅製錬におけるアノード製造工程において、アノードの鋳張りを防止するための設備と方法に関するもので、特に鋳張り防止に適したアノード鋳型乾燥用空気配管と、その空気配管を用いたアノード鋳張り防止方法に関する。

銅製錬の乾式製錬工程から産出されるアノードは、銅精鉱などの原料を熔錬炉、転炉、精製炉で順番に処理して銅品位を９９％まで高めた後（以下、精製粗銅と呼ぶ。）、アノード製造工程で鋳造して得られる。

このアノード製造工程は、アノードを鋳込むための樋設備、鋳型が置かれるターンテーブル、及びアノード剥ぎ取り設備などから構成される設備を用いて行われている。先ず、ターンテーブル上に精製粗銅などで作られた３０個程度のアノード鋳型（以下、単に鋳型とよぶ）を、ターンテーブルの円周に沿って設置する。次にこのターンテーブルを回転させながら鋳型を移動させ、ターンテーブルが１回転する中で、鋳込んだアノードを鋳型からスムーズに剥ぎ取るための離型剤の吹き付け、鋳型の乾燥、精製粗銅の鋳込み（以下、鋳込まれた精製粗銅をアノードと称す。）、鋳込まれたアノードの冷却、そして冷却されたアノードの剥ぎ取りの各工程を経て、アノードが作製される。

このアノード製造工程について、図１に示す鋳造フローに沿って、より詳しく説明する。
精製炉から一定の速度で排出された精製粗銅は、先ず、精製粗銅を一定量溜めておく溜樋、次に、およそアノード１枚分の重量の精製粗銅を溜め鋳型に注ぐ計量樋、最後に鋳型の順番で流れてくる。
精製粗銅は、鋳型に注がれた後、ターンテーブルの回転により、冷却水を噴霧するノズルが取り付けられた冷却フード内に移動する。この冷却フード内で、精製粗銅にノズルから冷却水を散布して、アノードを凝固させる。また、この冷却フード内では、鋳型も一緒に冷却される。

凝固したアノードは、鋳型中央に設けられたアノード押上げ用のピンにより、ターンテーブルの回転に従い、少しずつ押し上げられ、アノード耳部から少しずつ剥がされていく。
このアノード押上げ用のピンによりアノード耳部が鋳型から浮き上がり、鋳型に斜めに載った状態のアノードは、アノード剥ぎ取り機によって剥ぎ取られ、水で満たされた冷却槽内に浸けられる。冷却槽内でアノードは十分に冷却された後、冷却槽内から一定枚数毎に引き上げられ、フォークリフトなどで次工程の電解工程まで運ばれる。

一方、アノード剥ぎ取り後の鋳型には次の精製粗銅を鋳込む前に、鋳型からアノードを剥ぎ取り易くするために、離型剤散布設備を使用して、粘土などの離型剤を水で溶いたものを鋳型内面に散布、乾燥される。この後、再び精製粗銅が鋳型に鋳込まれるというサイクルを繰り返す。
一般に、アノード製造工程では、このサイクルを繰り返すことで、バッチ操業の精製炉で１回に処理する３００〜６００ｔの精製粗銅を数時間〜十数時間かけてアノードに鋳造している。また、この鋳造と鋳造の間に鋳型の点検などのメンテナンスが行われる。

このアノード製造工程で得られたアノードは、次の電解工程に送られ純度９９．９９％の電気銅となる。
この電解工程において、アノード形状の良し悪しは、電解工程におけるトラブルの発生頻度に大きな影響を及ぼす。
具体的には、
（１）アノード鋳造時に熔湯が飛散したり、大きく波立ったりすることで、アノードの熔湯面側の縁に沿って“ひれ”が出来てしまう「鋳張り」。
（２）アノード鋳造時に熔湯面が波立つことでアノードの熔湯面側の縁に沿って湯面が筋状に盛り上がる「額縁」。
（３）鋳型が水平でない場合にアノードの厚みが不均一となる「厚み不良」。
が挙げられる。

これらの「不良」があると電解工程において、アノードとカソードが接触するショートの発生、などのトラブルとなる。このため、「鋳張り」、「額縁」、「厚み不良」が無いアノードが求められている。
上記３つのアノードの不良に対して、「額縁」は、アノード鋳造時の計量樋の形状や、精製粗銅の鋳込み速度を調整することで、ほぼ抑えることができる。また、「厚み不良」はアノード鋳造の操業と操業の間に、鋳型の水平点検を行うことで、ほぼ防ぐことができる。

しかしながら、アノード外縁部に発生する鋳張りの概略を示す図である図２のような「鋳張り」は、主に、アノードを鋳型からスムーズに剥ぎ取るために鋳型に吹き付けられる離型剤が、鋳造を繰り返すことで堆積し、この堆積した離型剤に含まれる水分が、次の鋳造の時に残っていることが原因である。

即ち、この水分は、再び精製粗銅が鋳込まれるまでに、高温状態にある鋳型自身の熱により、多くが蒸発するものの、一部は離型剤の中に残り、その残った水分が新しく注がれた精製粗銅と接触した際に、精製粗銅を急速に湧き上がらせる。この湧き上がりの結果、精製粗銅が飛散し、この飛散した精製粗銅が鋳型外縁部に付着することで、アノードの鋳張りが生じる。このようなアノードの鋳張りの発生は、抑えることが難しかった。

特許文献１では、鋳型に鋳込まれた精製粗銅を冷却する際に発生する排熱を、鋳型内部に供給するための配管を設けたことを特徴とするアノード用鋳型乾燥装置に関する技術が開示されている。しかしながら、この技術では、上記排熱を回収する設備、鋳型それぞれに回収した排熱を供給するための配管を設ける必要があり、非常に複雑な設備が必要であり、メンテナンスに手間がかかる設備となっていた。

特に、鋳型は、鋳込み、冷却、アノード剥ぎ取りのサイクルを繰り返すため、痛みが激しいので交換頻度が高い。この鋳型はアノード製造工場内で自作する場合も多く、鋳型に排熱を供給するための配管を設けることは、メンテナンスにより多くの手間がかかることとなる。
従って、メンテナンスの容易なアノード鋳張り防止用のアノード鋳型乾燥用空気配管、および、それを使用するアノード鋳張り防止方法が求められていた。

実開平１−１５３８５４号公報

メンテナンスの容易なアノード鋳張り防止用の鋳型乾燥用空気配管を用いたアノード鋳張り防止方法の提供を目的とする。

このような状況に鑑み、本発明の第１の発明は、銅製錬のアノード製造工程における空気を用い、アノード鋳型を乾燥してアノード鋳張りを防止するアノード鋳張り防止方法であって、コの字型形状における１対の腕部１Ａと、その１対の腕部を連結する胴体部１Ｂからなるコの字型形状配管と、その１対の腕部１Ａの先端に各々吹き出し孔２を備え、且つ胴体部１Ｂに設けられた少なくとも１ヶ所の空気受入用接続端３から構成されるアノード鋳型乾燥用空気配管を用い、吹き出し孔２から吹き出される空気が、アノード鋳型の鋳込面の側面壁に沿って流れてアノード鋳型の鋳込面の側面壁底部に堆積している離型剤にあたるように、そのアノード鋳型乾燥用空気配管を、胴体部１Ｂがアノード鋳型の鋳込面頂部直上、及び１対の腕部１Ａが側面壁の縁上に沿って取り付け、接続端３から送られる空気がアノード鋳型からの放射熱により熱せられた空気配管からの熱伝導及び放射伝熱により熱を伝えられた空気となり、吹き出し孔２から吹き出して、アノード鋳型の鋳込面の側面壁底部に堆積している離型剤にあてることを特徴とするアノード鋳張り防止方法である。

本発明の第２の発明は、第１の発明におけるアノード鋳型乾燥用空気配管が、アノード鋳型の直上の高さ５０〜３００ｍｍの位置に、取り付けられることを特徴とするアノード鋳張り防止方法である。

本発明の第３の発明は、第１及び第２の発明における吹き出し孔２とアノード鋳型の鋳込面の側面壁底部に堆積している離型剤との距離が、直線距離で２００〜１０００ｍｍとなるように、アノード鋳型乾燥用空気配管を配置することを特徴とするアノード鋳張り防止方法である。

本発明の第４の発明は、第１から第３の発明における胴体部１Ｂの少なくとも一部が蛇管であることを特徴とするアノード鋳張り防止方法である。

本発明の第５の発明は、銅製錬のアノード製造工程における空気を用いてアノード鋳型を乾燥してアノード鋳張りの防止に用いるアノード鋳型乾燥用空気配管であって、コの字型形状における１対の腕部１Ａと、その１対の腕部を連結する胴体部１Ｂからなるコの字型形状配管と、その１対の腕部１Ａの先端に各々吹き出し孔２を備え、且つ胴体部１Ｂに設けられた少なくとも１ヶ所の空気受入用接続端３から構成されることを特徴とするアノード鋳型乾燥用空気配管である。

本発明によれば、メンテナンスの容易な、アノード鋳張り防止用の鋳型乾燥用空気配管、および、それを使用するアノード鋳張り防止方法を提供することができる。

アノード製造における鋳造フローである。アノード外縁部に発生する鋳張りの概略図で、（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。本発明のアノード鋳型乾燥用空気配管導入後の鋳造フローである。本発明のアノード鋳型乾燥用空気配管の一例を示す概略図で、（ａ）左側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）右側面図である。鋳型とアノード鋳型乾燥用空気配管との位置関係図で、（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。

先ず、銅製錬のアノード製造工程における空気を使用する鋳型乾燥の過程において、「鋳張り」の原因である堆積した離型剤に含まれる水分について、何故、鋳型鋳込面の側面壁底部に離型剤が堆積し、この堆積した離型剤に水分が残るかについて説明する。
アノードは、鋳型への離型剤の散布、散布された離型剤の乾燥、精製粗銅を鋳型に注湯、注湯された精製粗銅を冷却、アノードの剥ぎ取り、というサイクルで製造されている。
この製造の過程の中で使用される離型剤は、アノード剥ぎ取り時に、大部分はアノードに付着する。しかし、アノードの端部、特に、最後に鋳型から離れるアノード左右側面下端部は、離型剤が鋳型に残る傾向がある。このため、鋳造サイクルを繰り返すことで、鋳型鋳込面の側面壁底部には、離型剤が堆積していく。

この堆積した離型剤に含まれる水分の内、鋳型表面に近い離型剤の堆積層（以下、単に堆積層と呼ぶ。）に含まれる水分は蒸発させ易いが、一方、鋳型表面から離れた堆積層に含まれる水分は、熱源である鋳型表面から離れているため、また、鋳型表面に近い堆積層が断熱層となるために、蒸発させ難い。
さらに、上述のサイクルにおいて注湯された精製粗銅が冷却される過程では、鋳型も一緒に冷却されるが、鋳型周辺部は冷え易く、鋳型中心部は冷え難い。このため、鋳型中心部の温度は高いが、一方、鋳型周辺部の温度は、低くなっている。

従って、上述のサイクルを繰り返し、鋳型鋳込面の側面壁底部に離型剤が堆積している鋳型に対して、水で溶いた離型剤を散布すると、鋳型中心部の温度の高い部分では、離型剤を溶いていた水は完全に蒸発する。しかし、鋳型周辺部の温度の低い部分、具体的には鋳型鋳込面の左右の下端では、離型剤を溶いていた水は鋳型に散布された後、堆積している離型剤に吸収された後、この水の一部は蒸発せずに堆積している離型剤中に残ってしまう。

次に、この鋳型鋳込面の側面壁底部に堆積している離型剤中に残っている水分を蒸発させることについて説明する。
本発明のアノード鋳張り防止方法において、使用するアノード鋳型乾燥用空気配管は、図４に示すような形態を有している。
図４は本発明のアノード鋳型乾燥用空気配管の一例を示す概略図で、（ａ）左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。図４において、１はアノード鋳型乾燥用空気配管、１Ａはコの字腕部、１Ｂはコの字胴体部、２は吹き出し孔、３は接続端である。

図５はアノード鋳型と、図４のアノード鋳型乾燥用空気配管１との位置関係を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
図５において、１はアノード鋳型乾燥用空気配管、２はコの字腕部の端部に設けられている空気の吹き出し孔、３は接続端、１０は鋳型、１１はアノード押上げ用のピン、２０は鋳型鋳込み面、Ａ_１は乾燥用エアー、Ａ_２は吹き出し孔からの乾燥用エアー、Ｒは離型剤である。

本発明では、図４のコの字型形状のアノード鋳型乾燥用空気配管１は、図５に示すように鋳型１０の鋳込面の頂部及び側面壁縁に沿って、この鋳型の直上Ｈの距離に取り付ける。
このように取り付けることで、アノード鋳型乾燥用空気配管１は、鋳型１０から効率良く放射熱を受け取り、熱せられる。次に、熱せられた空気配管１は、配管内を流れる空気に、熱伝導及び放射伝熱により熱を伝える。この熱伝達により、空気配管内の空気は高温となる。

次に、図５に示すように鋳型鋳込面の左右の下端に堆積した離型剤Ｒに対して、本発明に係るコの字型の形状で、そのコの字型の腕部の端部、それぞれに吹き出し孔２を備える本発明に係る空気配管１を使い、高温の空気を吹き出し孔２から鋳型鋳込面の側面壁に沿って流し、次に、鋳型鋳込面の側面壁底部に堆積した離型剤Ｒに当るように、高温の空気を吹き出しする。このように鋳型鋳込面の側面壁に沿って流すことで、高温の空気を拡散させることなく、効率良く鋳型鋳込面の側面壁底部に堆積した離型剤Ｒに当てることができる。

コの字型の形状の空気配管１への空気の供給は、空気配管１に設けられた１ヶ所以上の空気受入用の接続端３から行う。また、少なくとも空気の吹き出し孔２は、空気配管１のコの字腕部に、それぞれ空気の吹き出し孔２を備えていれば良い。

コの字腕部１Ａに設けられる吹き出し孔２の大きさについて説明する。吹き出し孔２の直径は１３〜２６ｍｍとすることが好ましい。
この吹き出し孔の直径が１３ｍｍ未満の場合、吹き出す空気量が少ないため、鋳型鋳込面の左右の下端に堆積した離型剤に含まれる水分を蒸発させるために必要な空気量が得られない。また、吹き出し孔の直径が２６ｍｍを超える場合、吹き出し孔から吹き出した空気は、大きく拡散してしまうため、吹き出した空気の一部しか鋳型鋳込面の左右の側面に沿って流すことができない。

次に、空気配管１に供給する空気の圧力について説明する。
空気配管１に供給する空気の圧力は０．１〜０．６ＭＰａの範囲であることが好ましい。
この空気の圧力が０．１ＭＰａ未満の場合、吹き出す空気の力が弱いため、吹き出した空気は、鋳型鋳込面の左右の下端に堆積した離型剤までとどかない。また、空気の圧力が０．６ＭＰａを超える場合、高圧の空気を作り出すための設備が必要となる。

本発明によれば、上述したように、高温の空気を鋳型鋳込面の側面壁底部に堆積した離型剤にあてることにより、その離型剤中に残っている水分を蒸発させることができる。
従って、その水分が堆積している離型剤に残った場合に発生する、「水分と鋳型に注がれた精製粗銅と接触することで生じる精製粗銅の急速な湧き上がり」、「この湧き上がりにより生じる精製粗銅の飛散」、「この飛散した精製粗銅が鋳型外縁部に付着することで生じる鋳張り」を、大幅に抑えることができる。

また、本発明によるアノード鋳型乾燥用空気配管は、シンプルな構造であり、メンテナンスも容易である。

アノード鋳型乾燥用空気配管１の配置は、図５（ｂ）に示すように鋳型１０の直上で距離Ｈの位置、即ち鋳型から高さ５０〜３００ｍｍの位置に取り付けられることが望ましい。
鋳型１０の直上の高さ５０ｍｍ未満に位置に取り付けた場合、鋳型１０を載せているターンテーブル（図示せず）は回転する際に振動することがあるため、アノード鋳型乾燥用空気配管１が鋳型１０に接触する可能性がある。また、鋳型１０の直上の高さ３００ｍｍを超える位置に取り付けた場合、アノード鋳型乾燥用空気配管１から吹き出した空気は、吹き出し位置が鋳型から離れすぎているため、拡散してしまい、吹き出した空気の一部しか、鋳型鋳込面の左右の側面に沿って流し、鋳型鋳込面の左右の下端に堆積した離型剤にあてることができない。

次に、コの字型形状の空気配管のコの字腕部１Ａに設けた空気の吹き出し孔２と鋳型の鋳込面側面壁底部との距離（図５（ａ）に示す距離Ｌで、離型剤Ｒとの水平距離）は、２００〜１０００ｍｍであることが望ましい。
この距離Ｌが２００ｍｍ未満の場合、離型剤は鋳型の鋳込面の側面壁底部から２００ｍｍ程度の範囲に堆積しているため、堆積した離型剤の全てを乾燥させることはできない。また、その距離Ｌが１０００ｍｍを超える場合、空気を吹き出した後、鋳型の鋳込面側面壁底部に堆積した離型剤に達するまでの距離が長いため、吹き出した空気が拡散してしまい、吹き出した空気の一部しか、鋳型鋳込面の側面壁底部に堆積した離型剤には届かない結果となる。

アノード鋳型乾燥用空気配管１の配置に関しては、図５に示すように鋳型１０に対して水平に配置して使用するのが好ましいが、残存する離型剤の位置や量によっては、吹き出し孔２側を鋳型との距離Ｈの範囲内で鋳型１０の鋳込み面に近づけ、空気配管１のコの字胴体部（１Ｂ）側を高い位置にする傾斜配置で乾燥を行っても良い。
次に、コの字型形状の配管の少なくとも一部は蛇管であっても良い。
アノード鋳型乾燥用空気配管から吹き出す空気は温度が高いほど好ましいため、アノード鋳型乾燥用空気配管で空気の温度を出来るだけ高くするためには、配管内を流れる空気が熱伝導および放射伝熱による熱伝達を受ける時間を長くすると良く、そのため熱伝達を受ける時間を長く取るために、アノード鋳型乾燥用空気配管の一部を蛇管とすることが好ましい。
以下、実施例を用いて本発明を詳細する。

図５に示すコの字型形状の空気配管１で配管内径、及び２ヶ所ある吹き出し孔の直径を１３ｍｍ、コの字の両方の腕部１Ａ、１Ａの配管長さ１２００ｍｍ、コの字型の胴体部１Ｂの配管長さ１０００ｍｍの鋳型乾燥用空気配管１を作製し、鋳型鋳込面の頂部及び側面壁縁に沿って、鋳型の直上で距離Ｈが５０ｍｍの位置に設置した。
胴体部１Ｂの配管１０００ｍｍの内、左右の各４００ｍｍは蛇管とした（図５には記載せず。）。

なお堆積した離型剤は、鋳型の側面壁底部にあり、配管の吹き出し口２は、鋳型鋳込面の側面壁底部との距離Ｌが２００ｍｍの位置になるようにした。
使用する空気は、コの字胴体部１Ｂの配管中央に設けた接続端３に供給した。供給した空気の圧力は、０．１ＭＰａで行った。
以上の条件でアノード鋳造の操業を行った。

この操業で、精製炉１バッチ分として５０５ｔの精製粗銅を鋳造し、１３６５枚のアノードを得た。このアノードの内、「鋳張り」不良は７枚であり、鋳張り不良率は０．５％であった。

配管の内径、及び吹き出し孔の内径２６ｍｍ、コの字の両方の腕部１Ａの配管長さ４００ｍｍ、この配管の取り付けの高さをアノード鋳型の直上で距離Ｈが３００ｍｍとし、配管の吹き出し口２は、鋳型鋳込面の側面壁底部との距離Ｌが１０００ｍｍとなる位置に取り付けた。また、空気圧力は０．６ＭＰａであることを除き、実施例１と同様に行った。

この操業で、精製炉１バッチ分として５００ｔの精製粗銅を鋳造し、１３５１枚のアノードを得た。
このアノードの内、「鋳張り」不良は９枚であり、鋳張り不良率は０．７％であった。

（比較例１）
配管の内径、及び吹き出し孔の内径は１０ｍｍ、コの字の両方の腕部１Ａの配管長さ１６００ｍｍの鋳型乾燥用空気配管１を、前記鋳型乾燥用空気配管の両方の腕部１Ａの配管は鋳型鋳込面の左右の側面の縁に沿って、鋳型乾燥用空気配管の胴体部１Ｂを鋳型の直上から外れた位置となるように設置し、この配管の取り付け高さは鋳型の直上で距離Ｈが４００ｍｍとなるように設置した。
また、配管には、蛇管を使わなかった。配管の吹き出し孔２は、鋳型鋳込面の側面壁底部との距離Ｌが１００ｍｍとなる位置に取り付け、空気圧力は０．０５ＭＰａであることを除き、実施例１と同様に行った。

この操業で、精製炉１バッチ分として４９０ｔの精製粗銅を鋳造し、１３２４枚のアノードを得た。
この作製したアノードの内、「鋳張り」不良は４１枚であり、鋳張り不良率は３．１％であった。

１アノード鋳型乾燥用空気配管
１Ａ (コの字)腕部
１Ｂ (コの字)胴体部
２吹き出し孔
３接続端
１０アノード鋳型
１１アノード押上げ用のピン
２０鋳型鋳込み面
Ａ_１乾燥用エアー
Ａ_２吹き出し孔２からの乾燥用エアー
Ｒ離型剤
Ｈアノード乾燥用空気配管１の鋳型１０直上における距離
Ｌ吹き出し孔２から鋳型の鋳込み面側面底部までの距離（離型剤との水平距離）

Claims

銅製錬のアノード製造工程における空気を用い、アノード鋳型を乾燥してアノード鋳張りを防止するアノード鋳張り防止方法であって、
コの字型形状における１対の腕部１Ａと、前記１対の腕部を連結する胴体部１Ｂからなるコの字型形状配管と、前記１対の腕部１Ａの先端に、各々吹き出し孔２を備え、且つ前記胴体部１Ｂに設けられた少なくとも１ヶ所の空気受入用接続端３から構成されるアノード鋳型乾燥用空気配管を用い、
前記吹き出し孔２から吹き出される空気が、アノード鋳型の鋳込面の側面壁に沿って流れて前記アノード鋳型の鋳込面の側面壁底部に堆積している離型剤にあたるように、前記アノード鋳型乾燥用空気配管を、前記胴体部１Ｂが前記アノード鋳型の鋳込面頂部直上、及び前記１対の腕部１Ａが側面壁の縁上に沿って取り付け、
前記接続端３から送られる空気が前記アノード鋳型からの放射熱により熱せられた前記空気配管からの熱伝導及び放射伝熱により熱を伝えられた空気となり、前記吹き出し孔２から吹き出して、前記アノード鋳型の鋳込面の側面壁底部に堆積している離型剤にあてることを特徴とするアノード鋳張り防止方法。
前記アノード鋳型乾燥用空気配管が、アノード鋳型の直上の高さ５０〜３００ｍｍの位置に、取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のアノード鋳張り防止方法。
前記吹き出し孔２とアノード鋳型の鋳込面の側面壁底部に堆積している離型剤との距離が、直線距離で２００〜１０００ｍｍとなるように、前記アノード鋳型乾燥用空気配管を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のアノード鋳張り防止方法。
前記腕部１Ａ又は胴体部１Ｂの少なくとも一部が蛇管であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアノード鋳張り防止方法。