JP2005336544A

JP2005336544A - 熱風炉の保温方法および保温装置

Info

Publication number: JP2005336544A
Application number: JP2004156725A
Authority: JP
Inventors: Ryota Nakanishi; 良太中西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】高炉の休風時において熱風炉を保温する場合の保温コストを低減できる熱風炉の保温方法および保温装置を提供する。
【解決手段】熱風炉１の燃焼室２から蓄熱室３内の蓄熱煉瓦積み１０に高温燃焼ガスを供給しながら蓄熱室の保温を行う熱風炉の保温方法において、蓄熱室に設けられた蓄熱煉瓦に形成された上下貫通状の孔を閉塞して蓄熱煉瓦積みの内部側への伝熱を阻止するとともに燃焼室からの高温燃焼ガスを前記蓄熱煉瓦積みの外周側に流すことにより、温度の高い内部に余分な熱を供給することなく、温度の低い外周部に適量の熱を供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉の休風時における熱風炉の保温方法および保温装置に関するものである。

従来、高炉を改修する際に、熱風炉を徐冷する方法（例えば特許文献１参照）や、熱風炉を保温したまま保持する方法がある。
しかし、熱風炉を冷却する方法は、降温（冷却）や昇温に数ヶ月の期間を要するため、高炉の改修期間が数ヶ月となった近年ではあまり使用されていない。
高炉の改修時には、熱風炉の蓄熱室に熱を供給して保温しながら高炉の改修をする方法をとる場合が多く、従来、この種の熱風炉の保温方法としては、熱風炉鉄皮からの放散熱および排ガス損失分を補償する小容量のバーナにより保温に要する熱を供給するとともに、蓄熱室下端部に冷気を吸引して煉瓦受け金物の強制冷却を行うようにしていた（例えば特許文献２参照）。
特公昭５９−３０７６８特公平１−２０２０５号公報

通常、蓄熱煉瓦積みの放熱は、その中心部から外周部に向かってなされるが、蓄熱煉瓦の熱伝導率が小さく、中心部の熱が外周側に伝わりにくくなっているため、休風時に熱風炉を放置すると、その蓄熱煉瓦積みの中心部の温度が高く、外周部の温度が低い状態となる。従来の保温方法では、蓄熱煉瓦積みの全体に熱を供給しており、これによって温度の高い蓄熱煉瓦積みの中心部に余分な熱が供給されてしまい、保温コストが高くなっていた。
そこで本発明は、保温コストを従来よりも低減できる熱風炉の保温方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、保温コストを従来よりも低減できる熱風炉の保温装置を提供することである。

本発明は、上記の目的を達成するために以下の技術的手段を講じた。
すなわち、熱風炉の燃焼室から蓄熱室内の蓄熱煉瓦積みに高温燃焼ガスを供給しながら蓄熱室の保温をする熱風炉の保温方法において、蓄熱室に設けられた蓄熱煉瓦に形成された上下貫通状の孔を閉塞して蓄熱煉瓦積みの内部側への蓄熱を阻止するとともに燃焼室からの高温燃焼ガスを前記蓄熱煉瓦積みの外周側に流すことを特徴とする。
蓄熱室の蓄熱煉瓦積みは、その内部側から外周側に向かって放熱するため、外周側の温度が内部側よりも低くなっている。したがって、上述のように、蓄熱煉瓦に設けられた孔を閉塞し、蓄熱煉瓦の内部側への熱の供給（伝熱）を阻止することによって、保温に要する熱を温度の低い前記外周側に供給することが可能になる。これによって、温度の高い蓄熱煉瓦積みの内部に余分な熱を供給することなく、外周の温度の低い蓄熱煉瓦積みに適量の熱を供給することができ、保温コストが低減できるのである。

また、前記孔は、蓄熱室の下部で蓄熱煉瓦積みを支持する煉瓦受け金物側から閉塞手段によって閉塞されることが望ましい。これによって、蓄熱煉瓦の孔を容易に閉塞できるからである。
また、燃焼室または蓄熱室上部に設けられた補助バーナによって高温燃焼ガスを蓄熱室に供給することが望ましい。これによって、大容量の主バーナによって余分な熱を供給することなく、補助バーナによって保温に要する熱のみを蓄熱室に供給することができる。
熱風炉の保温装置としては、燃焼室または蓄熱室上部に設けられていて蓄熱室の保温に要する高温燃焼ガスを供給するための補助バーナを備え、補助バーナによって蓄熱室に供給される高温ガスを蓄熱室の蓄熱煉瓦積みの外周側に流すために蓄熱煉瓦に形成された上下貫通状の孔を閉塞する閉塞手段を備えたことを特徴とする。

これによれば、補助バーナによって保温に要する熱を蓄熱煉瓦に供給し、閉塞手段によって蓄熱煉瓦の孔を閉塞することで、温度の低い蓄熱煉瓦積みの外周側に熱を供給できるので、温度の高い蓄熱煉瓦の内部側に余分な熱を供給することがなくなり、蓄熱室下部の出口温度の上昇が抑制され、煉瓦受け金物を冷却する必要もなくなり、これによって保温コストを低減することができる。
また、前記閉塞手段は、蓄熱室の下部で蓄熱煉瓦を支持する煉瓦受け金物側から孔を閉塞する閉塞板を備えていることを特徴とする。これによれば、閉塞板によって複数の孔を同時に閉塞することができる。

本発明によれば、熱風炉の保温コストを従来よりも低減できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は、燃焼室２と蓄熱室３とが独立して構成された外燃式の熱風炉１を例示している。この熱風炉１は、燃焼室２で発生した熱を蓄熱室３で蓄熱し、この熱を熱風として高炉（図示せず）に供給するものである。
前記燃焼室２の下部には、主バーナ４が設けられており、燃焼室２内に送り込まれた燃料ガスと燃焼用空気をこの主バーナ４で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させるようになっている。

燃焼室２と蓄熱室３とは、その上部同士が連結管５によって連通されており、燃焼室２で発生した燃焼ガスが、連結管５を通じて蓄熱室３に送られるようになっている。
蓄熱室３は、円筒状の鉄皮６および断熱煉瓦７によって形成され、この蓄熱室３内には、蓄熱煉瓦８が積層状に設けられている。以下、積層状に積まれた蓄熱煉瓦８の集合体を蓄熱煉瓦積み１０という。
図４に示すように、蓄熱煉瓦８は、六角柱状の珪石煉瓦を用いており、この蓄熱煉瓦８の内部に上下貫通状の孔９が複数形成されている。この蓄熱煉瓦８が上下に積み上げられた状態では、各蓄熱煉瓦８の前記孔９が上下方向で連通した状態となっている。

図５に示すように、蓄熱煉瓦積み１０の外周に積まれている蓄熱煉瓦８も珪石煉瓦で出来ており、内側の孔９のある蓄熱煉瓦８（珪石チェッカー煉瓦）と同程度収縮する。これによって、孔９が設けられた蓄熱煉瓦８が温度変化によって収縮してもその位置がずれず、応力がかからないようになっている。そのため、蓄熱煉瓦の背面温度を６００℃以上に保つ必要がある。
蓄熱室３の下部には、蓄熱煉瓦積み１０を支持する煉瓦受け金物１１が設けられている。この煉瓦受け金物１１は、格子状に形成された板状の煉瓦受け部材１２と、この煉瓦受け部材１２を支持する複数の支柱１３を備えている。この支柱１３は、煉瓦受け部材１２に一体に設けられており、各支柱１３は等間隔に配置されて煉瓦受け部材１２を支持している。

熱風炉１に対する蓄熱は、まず、燃焼室２の下部に接続された熱風炉ガス管１５、燃焼用空気管１６から燃料ガス、燃焼用空気を燃焼室２に送り込み、これらを主バーナ４で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる。
そして、この燃焼ガスを蓄熱室３に送り込んで上から下に流す。このとき、燃焼ガスは蓄熱煉瓦８の孔９を通過し、燃焼ガスの熱が蓄熱煉瓦８に伝わって蓄熱される。
蓄熱煉瓦８を通過した燃焼ガスは、蓄熱室３の下部に接続された配管１７を経由して煙道管１８から排気される。

高炉への熱風供給に際しては、送風機（図示せず）を用いて図１に示す冷風管１９から蓄熱室３に送風し、この送風空気が蓄熱煉瓦８の熱と熱交換し、熱風となって燃焼室２側に送られ、燃焼室２からブラストミキサ２０に送られる。
この熱風は、ブラストミキサ２０に接続されている混合冷風管２１から送られた冷却風との混合によって温度調整され、ブラストミキサ２０に接続された熱風本管２２を通じて高炉に供給される。
高炉を改修する際には、熱風炉１の蓄熱室３は、所定温度に保温された状態で維持される。この保温は、熱風炉１に設けられた保温装置２４によって行われる。

保温装置２４は、燃焼室２に設けられた補助バーナ２５と、蓄熱煉瓦８の孔９を閉塞する閉塞手段２６を備えている。補助バーナ２５は主バーナ４よりも小容量で、保温に必要な熱を蓄熱室３に供給するためのものである。なお、この補助バーナ２５は、蓄熱室（３）の上部に設けるようにしてもよい。前記閉塞手段２６は、蓄熱室３下部の煉瓦受け金物１１側から蓄熱煉瓦８の孔９を閉塞するようになっている。
図１乃至図３において、閉塞手段２６は、蓄熱室３下部の煉瓦受け金物１１側から前記孔９を閉塞する閉塞板２７を有している。閉塞板２７は、支柱１３に取り付けられた支持部材２８によって支持されている。支持部材２８は支柱１３に対して上下移動自在に取り付けられている。

図３において、蓄熱室３内には複数の閉塞板２７が設けられている。閉塞板２７は、蓄熱煉瓦積み１０の平面視における中心位置（または蓄熱室３の平面視における中央位置）から所定の範囲にある孔９を閉塞するように配置されている。この閉塞板２７には、耐熱温度が４００℃以上の材質のものを用いるのがよく、例えば、金属板、耐火樹脂製の板等が用いられる。
保温装置２４による熱風炉１の保温は、蓄熱煉瓦８の孔９を閉塞手段２６によって閉塞し、補助バーナ２５を用いて高温の燃焼ガスを発生させ、この高温燃焼ガスを燃焼室２から蓄熱室３に送り、保温に必要な熱を供給することによって行われる。

閉塞板２７による孔９の閉塞は、蓄熱室３の下部に設けられた出入口２９から閉塞板２７を蓄熱室３内に入れて所定位置に配置し、支持部材２８によって閉塞板２７を所定の高さに固定し、煉瓦受け金物１１の煉瓦受け部材１２の格子孔を下側から遮蔽することによって行われる。
閉塞手段２６によって蓄熱煉瓦積み１０の中心位置から所定範囲の孔９を閉塞すると、燃焼室２から送られてきた高温燃焼ガスは、閉塞されている孔９を通過せず、図２、図４の矢印で示すように蓄熱煉瓦積み１０の外周１０ａ側を上から下に流れる。このように、燃焼ガスが蓄熱煉瓦積み１０の外周１０ａ側を流れることによって、蓄熱煉瓦８への熱の供給は、その外周１０ａ側から内部側に向かってなされることになる。

ここで、「蓄熱煉瓦積み１０の外周１０ａ側を流れる」とは、閉塞手段２６によって閉塞された範囲よりも外側に位置する蓄熱煉瓦８の孔９を高温燃焼ガスが流れることをいう。
蓄熱煉瓦積み１０の温度は、その内部側（特に中心部）が高く、外周１０ａ側の温度が内部側よりも低くなっている。したがって、上述のように保温に要する熱を蓄熱煉瓦積み１０の外周１０ａ側に供給するのが効果的である。
すなわち、閉塞手段２６によって蓄熱煉瓦積み１０の中心位置から所定の範囲の孔９を閉塞することで、蓄熱煉瓦積み１０の内部側への伝熱が阻止されるとともに、保温を要する蓄熱煉瓦積み１０の外周１０ａ側へ熱を供給することができるのである。

したがって、温度が低い蓄熱煉瓦積み１０の外周１０ａ側から適量の熱を供給し、しかも温度の高い蓄熱煉瓦積み１０の内部側に余分な熱を供給することがなく、これによって保温コストを低減することができる。
図６は、蓄熱室内を保温しない場合の蓄熱室３の半径方向の温度分布を示している。蓄熱煉瓦積み１０の外周部は、鉄皮から外部への放熱によって温度が低下するが、蓄熱煉瓦８は熱伝導率が小さいので、蓄熱煉瓦積み１０の内部側から外周側への伝熱量が小さい。したがって、この図６に示すように、蓄熱室３内では、蓄熱煉瓦積み１０の外周側が内部側よりも温度が低い温度分布となっている。

この図６において、実線は、蓄熱煉瓦８の温度が８００℃の位置での温度分布を示しており、点線は、約３０時間後の温度分布を示している。
この図６に示すように、蓄熱室３では時間が経過しているので鉄皮６表面から約１５００ｍｍの範囲で温度が低下しており、この範囲を効果的に保温する必要がある。
一方、鉄皮６表面から約１５００ｍｍ以上の内部側では、蓄熱煉瓦の温度がほとんど低下しておらず、この範囲には、極力熱を供給しなくてもよく、この範囲に位置する蓄熱煉瓦８の孔を閉塞手段２６によって閉塞することで、余分な熱を供給しなくてもよくなるのである。

なお、例えば、蓄熱室３の内直径が約８ｍ、伝熱面積７００００ｍ²の場合、熱風炉１の操業を止めると、蓄熱室３内の放熱量は、約９０×１０³ｋｃａｌ／ｈ（約２１×１０³ｋＪ／ｈ）程度となり、放熱熱流束は平均で約７６０ｋｃａｌ／ｈｍ²（約１８１×１０³ｋＪ／ｈｍ²）になる。
蓄熱煉瓦積み１０が上記の大きさの場合、閉塞板２７は、蓄熱煉瓦積み１０の中心位置から半径約３．７ｍの範囲にある孔９を閉塞するのが望ましい。この場合、閉塞板２７は、蓄熱煉瓦積み１０の上下方向の投影面積の約８６％の範囲にある孔９を閉塞することになる。

この状態では、約１５０×１０³ｋｃａｌ／ｈ（約３６×１０³ｋＪ／ｈ）の熱量の投入によって補助バーナ２５による燃焼ガス温度を約３５０℃とし、これによる蓄熱室３の保温が可能である。
上記の場合には、従来の保温方法では、約３００×１０³ｋｃａｌ／ｈ（約７２×１０³ｋＪ／ｈ）の燃焼量が必要であり、本発明は従来の場合と比較して、保温に必要な燃焼量を半減でき、これによって保温コストの低減が可能である。
図７は、鉄皮６表面から約１０００ｍｍの位置から蓄熱煉瓦積み１０の内部側を閉塞した場合の温度分布と、従来の保温方法によって蓄熱煉瓦積み１０全体に熱を供給した場合の温度分布を示している。この図７に示すように、従来の保温方法と、本発明の保温方法とを比較すると、従来の保温方法では、鉄皮６表面から約１５００ｍｍ以上の蓄熱煉瓦積み１０内側部分の温度が上昇して８００℃よりも高くなっており、この部分に余分な熱量が供給されていることになる。一方、本発明に係る保温方法では、閉塞手段２６によって所定範囲の蓄熱煉瓦８の孔９を閉塞していて、蓄熱煉瓦積み１０の内部側（中心部側）への伝熱が阻止されているため、従来技術のような余分な熱量の供給がなく、これによって保温コストを低減可能となっている。

なお、この図７では、鉄皮６表面から約１０００ｍｍから外側の範囲が蓄熱煉瓦積み１０の外周１０ａになっているが、この外周１０ａの範囲は、蓄熱煉瓦積み１０の大きさによって異なる。
本発明は上記の実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
例えば、蓄熱煉瓦８の孔９を閉塞する閉塞手段２６は、蓄熱室３の下部の煉瓦受け金物１１側に設けられていたが、この閉塞手段２６を蓄熱室３の上部や中途部に設けてもよい。ただし、この上部や中途部よりも低温の蓄熱室３の下部に閉塞手段２６を設ける方が好ましい。

また、閉塞手段２６は、閉塞板２７に限らず、孔９に栓部材を嵌め込んで閉塞してもよい。この栓部材には耐火性樹脂や粘土等を用いるとよい。また、閉塞板２７と栓部材を併用して蓄熱煉瓦８の孔９を閉塞してもよい。
蓄熱煉瓦８の種類は上記の実施形態のものに限らず、例えば、ハニカム形状等、高温燃焼ガスを上下に流すことができるものであればよい。
他の種々のものを用いることができる。

本発明は、熱風炉を操業せずに一定期間保温しておく場合に利用できる。

熱風炉の側面図である。蓄熱室下部の拡大断面図である。図１のＡ−Ａ矢視線断面図である。蓄熱煉瓦の斜視図である。蓄熱室の内部を示す部分拡大図である。蓄熱室を保温しない場合の蓄熱室内の温度分布図である。従来の保温方法と、本発明の保温方法を使用した場合を比較する温度分布図である。

符号の説明

１熱風炉
２燃焼室
３蓄熱室
８蓄熱煉瓦
９孔
１０蓄熱煉瓦積み
１１煉瓦受け金物
２４保温装置
２５補助バーナ
２６閉塞手段
２７閉塞板

Claims

熱風炉（１）の燃焼室（２）から蓄熱室（３）内の蓄熱煉瓦積み（１０）に高温燃焼ガスを供給しながら蓄熱室（３）の保温をする熱風炉（１）の保温方法において、
蓄熱室（３）に設けられた蓄熱煉瓦（８）に形成された上下貫通状の孔（９）を閉塞して蓄熱煉瓦積み（１０）の内部側への伝熱を阻止するとともに燃焼室（２）からの高温燃焼ガスを前記蓄熱煉瓦積み（１０）の外周側に流すことを特徴とする熱風炉の保温方法。
前記孔（９）は、蓄熱室（３）の下部で蓄熱煉瓦積み（１０）を支持する煉瓦受け金物（１１）側から閉塞手段（２６）によって閉塞されることを特徴とする請求項１に記載の熱風炉の保温方法。
燃焼室（２）または蓄熱室（３）上部に設けられた補助バーナ（２５）によって高温燃焼ガスを蓄熱室（３）に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の熱風炉の保温方法。
燃焼室（２）または蓄熱室（３）上部に設けられていて蓄熱室（３）の保温に要する高温燃焼ガスを供給するための補助バーナ（２５）を備え、補助バーナ（２５）によって蓄熱室（３）に供給される高温燃焼ガスを蓄熱室（３）の蓄熱煉瓦積み（１０）の外周側に流すために蓄熱煉瓦（８）に形成された上下貫通状の孔（９）を閉塞する閉塞手段（２６）を備えたことを特徴とする熱風炉の保温装置。
前記閉塞手段（２６）は、蓄熱室（３）の下部で蓄熱煉瓦積み（１０）を支持する煉瓦受け金物（１１）側から孔（９）を閉塞する閉塞板（２７）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の熱風炉の保温装置。