JP2007101064A

JP2007101064A - 工業炉の炉壁構造

Info

Publication number: JP2007101064A
Application number: JP2005291590A
Authority: JP
Inventors: Yukio Shimizu; 行男清水
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】炉壁を厚くすることなく炉壁の断熱性を向上させて、炉壁を介して放熱される熱量を抑えて熱効率を向上させることができる工業炉の炉壁構造を提供する。
【解決手段】耐火物から形成される耐火層１を備えた工業炉の炉壁構造において、耐火層１の外側に炉壁４１の断熱性を向上させるための真空層３０を設けて成ること。さらに、耐火層１の外側に二重殻構造からなる外殻層２を設けると共に該外殻層の内部を真空層３０として成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属溶解炉等の工業炉の炉壁構造に関するものである。

従来より工業炉として様々なものが使用されており、この工業炉の一つとして、例えば鉄鍋炉あるいは黒鉛るつぼ炉のような簡易型の金属溶解炉が使用されている。簡易型の金属溶解炉は、銅合金やアルミ合金等の溶解に多く使用されており、この種の金属溶解炉について説明する。なお、金属溶解炉の全体概略構成は本願と同様であるため、本願の全体概略断面図である図１（ａ）を用いて説明する。

この従来の金属溶解炉４は、床上に略円筒状に炉壁４１を形成すると共に、炉壁４１の上端部に鉄鍋５のフランジ部５１を載置して使用される。炉壁４１の下部にはバーナ４２ａを貫設してあり、このバーナ４２ａから炉内に向けて火炎を噴射して、その燃焼ガスによって炉内を高温にして鉄鍋５を加熱するものである。またバーナ４２ａとして、排出する燃焼ガスの熱回収を行うリジェネバーナ４２ａを使用することで、熱効率が向上するものである。

この金属溶解炉４の炉壁構造は、炉内側から、耐火層１として、セラミックファイバーや耐火レンガ等からなる断熱性の低い耐火層１１及び耐火断熱レンガ等からなる耐火断熱層１０と、シリカボード等からなる断熱層１２、鉄板からなる外殻層２が設けてある。この耐火物からなる耐火層１１及び耐火断熱層１０により、炉内のバーナ４２ａの火炎やその高温の燃焼ガスに対する耐火性を具備すると共に、耐火断熱層１０及び断熱層１２により、断熱性を具備して炉壁４１を介して炉内から炉外に放散される熱量を低減させるものである。

ところで、この従来例にあっては、上記リジェネバーナ４２ａを使用して燃焼ガスの熱回収を行うことで熱効率が向上するものの、炉壁４１に図５に示すように上記セラミックファイバーや耐火レンガ等からなる耐火層１１、耐火断熱レンガ等からなる耐火断熱層１０、シリカボード等からなる断熱層１２、外殻層２を設けたものでは高い断熱性が得られず、熱効率が十分に高いものではなかった。また、前記耐火断熱層１０、断熱層１２を厚く形成すれば断熱性は向上するのであるが、この場合には炉の増大化を招いてしまうものであった。
特開２０００−１８８２８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、炉壁を厚くすることなく炉壁の断熱性を向上させて熱効率を向上させることができる工業炉の炉壁構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、耐火物から形成される耐火層１を備えた工業炉の炉壁構造において、耐火層１の外側に炉壁４１の断熱性を向上させるための真空層３０を設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、上記従来例と比較して、炉壁４１を厚くすることなく炉壁４１の断熱性を向上させて炉外へ放散される熱量を低減させることができて、熱効率を向上させることが可能となるものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、耐火層１の外側に二重殻構造からなる外殻層２を設けると共に該外殻層２の内部を真空層３０として成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、炉の外殻ケーシングを真空層３０のケーシングと兼用して炉壁４１の増大化を抑えることができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、外殻層２と耐火層１との間に断熱性を向上させるための中空層３１を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、炉壁４１の断熱性をより一層向上させることができる。

本発明は、炉壁に断熱性を向上させるための真空層を設けたことで、炉壁を厚くすることなく炉壁の断熱性を向上させて熱効率を向上させることができるものである。

以下、本発明の工業炉の炉壁構造を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。工業炉としては金属溶解炉、鍛造炉、熱処理炉といった様々な炉が挙げられるが、特にこれらに限定されないものである。本実施形態では工業炉を金属溶解炉、特に、アルミニウム合金や銅合金等の非鉄金属を溶解する簡易型の金属溶解炉として説明する。

金属溶解炉４は、図１（ａ）に示すように、高温となる炉内空間４０を形成するための炉壁４１と、炉内空間４０を高温に加熱するための燃焼器４２とで主体が構成され、炉壁４１の上端部には鉄鍋５が載置されるものである。

炉壁４１は、床上に略円筒状となるように設置するもので、その詳細な構造については後述する。炉壁４１の上端部には、平面視略円形状をした鉄鍋５のフランジ部５１が載置され、この鉄鍋５と炉壁４１と床により略密閉した炉内空間４０が形成されるものである。また、炉内の中央部の床面にはるつぼ載置台４６が設けてあり、鉄鍋５の代わりにフランジ部の無い黒鉛るつぼ（図示せず）を使用する際には、黒鉛るつぼの下端部を前記るつぼ載置台４６に載置すると共に、黒鉛るつぼの上端部と炉壁４１の上端部との間の隙間を耐火性と断熱性とを有する充填物にて閉塞する。

炉壁４１には、燃焼器４２としてのバーナ（リジェネバーナ４２ａ）が貫設してある。バーナ４２ａには燃料ガス供給管４３及び給気管４４を介して燃料ガス及び空気が供給され、これを燃焼して炉内に向けて火炎を噴射すると共にその燃焼ガスにて炉内を高温に加熱している。バーナ４２ａとしては排出する燃焼ガスの熱回収を行うものが好ましく、レキュペバーナやリジェネバーナを使用するのが好適に使用される。本実施形態では一対のバーナを交番燃焼させるリジェネバーナ４２ａを使用している。リジェネバーナ４２ａは、一方のバーナ４２ａを燃焼している時に他方のバーナ４２ａから炉内の高温の燃焼ガスを排出するのであるが、この時、バーナ４２ａに備えている蓄熱体４５にて燃焼ガスの熱を回収するものである。次に両方のバーナ４２ａの燃焼と排気とを切替えるのであるが、燃焼する方のバーナ４２ａは前回の排気時に蓄熱体４５にて回収した熱を給気の加熱に使用するもので、これにより高い熱効率（熱回収率）が得られる。

バーナ４２ａの燃焼により炉内に向けて火炎を噴射させると、高温の燃焼ガスは鉄鍋５と炉壁４１との間の空間を旋回しながら上昇して鉄鍋５をまんべんなく加熱することとなり、鉄鍋５内に投入されている銅やアルミニウム等の金属が溶解する。

このような金属溶解炉４においては、炉外への放熱量が大きい程、炉内の温度の維持に必要な熱量が大きくなるため、炉外への放熱量を抑える必要がある。炉外への放熱量としては、概ね、溶湯及び鉄鍋５からの放熱（全体の２９％）、燃焼ガスが持ち去ることによる損失熱（１６％）、炉壁４１からの放熱（４１％）、その他損失熱（１４％）となっている。燃焼ガスによる損失熱はリジェネバーナ４２ａを使用しない場合は全体の約５０％を占めるが、上記リジェネバーナ４２ａを使用することで１６％にまで低減されている。これにより、炉壁４１からの放熱が最も大きい割合を占めることとなり、この炉壁４１からの放熱量を低減させるべく本発明の炉壁構造に至った。

炉壁構造は、図１（ｂ）に示すように、耐火物からなる耐火層１として、断熱性の低い耐火層１１及び断熱性を有する耐火断熱層１０と、その外側の外殻層２及び真空層３０を設けたもので、本実施形態では更に中空層３１を設けている。

断熱性の低い耐火層１１は、炉壁４１の最も炉内側に設けられるもので、その素材は、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）及びＳｉＯ_２（シリカ）繊維からなるセラミックファイバー等のファイバーウールや、あるいは、シャモット系レンガ、マグネシアレンガ、クロムレンガ、ろう石レンガ、けい石レンガ等の耐火レンガが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。耐火レンガの場合には、耐火度に応じてＳＫ３２、ＳＫ３４、ＳＫ３６、ＳＫ３８、ＳＫ４０等が好適に用いられ、高い番手程高温に耐えることができるもので、ＳＫ３２で１０００℃、ＳＫ３４で１３００℃に耐えられる。この耐火層１１により、炉内のバーナ４２ａの火炎やその高温の燃焼ガスに対する耐火性と、炉内に溶融金属が流れ出た際の耐性を持たせている。

耐火断熱層１０は、上記耐火層１１の外側に設けられるもので、その素材は、耐火断熱レンガが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。この耐火断熱レンガは、耐熱温度に応じてＬＢＫ−２３（１３００℃）、ＬＢＫ−２６（１４００℃）、ＬＢＫ−２８（１５００℃）等が好適に用いられる。この耐火断熱層１０により上記耐火層１１が具備する耐火性を具備すると共に、断熱性を具備して炉壁４１を介して炉外に放散される熱量が低減される。

なお本実施形態において、図示はしないが、上記耐火層１１を設けているため耐火断熱層１０の部分に特に耐火性を有するものを設けなくてもよく、代わりに断熱層を設けたりしてもよいものである。この場合の断熱層としては例えば断熱レンガが挙げられる。断熱レンガは、かさ比重、耐圧強度、熱伝導率によってＡ種、Ｂ種、Ｃ種に分類され、Ａ種はかさ比重が小、熱伝導率が小、強度が小となっており、Ｂ種、Ｃ種に行くに従ってこれらが大きくなり、これらを適宜用いるものである。

耐火断熱層１０の外側には中空層３１が設けてある。図２に示すように中空層３１はファイバースリーブ３２を設けて形成してある。ファイバースリーブ３２は、セラミックファイバーの繊維を圧縮してスリーブ状に形成してこの内部が中空層３１となるものである。このファイバースリーブ３２を耐火断熱層１０の外周に沿って上下方向を向くように左右に多数並設すると共に、耐火断熱層１０の外周とファイバースリーブ３２との間の隙間に不定形充填物６を充填している。不定形充填物６は、アルミナ等を主成分として耐火性を有するキャスタブル等が挙げられるが特に限定されない。この中空層３１を設けることで炉壁４１の断熱性がより一層向上する。

そして、この中空層３１の外側に真空層３０が設けてある。真空層３０は、本実施形態では中空層３１の外周に（すなわち、平面視略円形状に並設した複数のファイバースリーブ３２の外側に平面視略円形状となるように）筒状をした鉄製の内筒部２０ａを設けると共に、内筒部２０ａの外側に間隔をあけて鉄製の外筒部２０ｂを設けて二重殻構造２０とし、二重殻構造２０間の隙間の上端部と下端部を閉塞して密閉し、この密閉した空間内の空気を抜いて真空とすることで真空層３０を形成してある。この時、二重殻構造２０の外筒部２０ｂを外殻層２として利用することで、炉の外殻ケーシングを真空層３０のケーシングと兼用してこれらを別々に設ける必要がなくなって、炉壁４１の増大化を抑えることができる。真空度は１０^−３（ｔｏｒｒ）以下の高真空、１０^−３〜１（ｔｏｒｒ）の中真空、１〜１０^２（ｔｏｒｒ）の低真空に概ね分類されるもので、真空度が高い程断熱性が高くなるため、真空層３０の真空度は高真空とするのが最も好ましく、次に中真空とするのが好ましい。

また、真空層３０を形成する内筒部２０ａ及び外筒部２０ｂは、本実施形態では鉄製としてあるが、真空を維持可能な材質であれば特に限定されない。そして、鉄のような金属製とした場合には、内部の真空層３０に臨む面の表面粗さを小さく仕上げて反射度を向上させるのが好ましい。熱は真空中を輻射熱として伝播するが、真空層３０に面する金属表面の反射度を向上させることで金属に吸収される輻射熱を低減させることができ、断熱性をより一層向上させることが可能となる。

上述したような炉壁構造とすることで、炉壁４１を厚くすることなく炉壁４１の断熱性を向上させて炉外へ放散される熱量を低減させることができて、熱効率を向上させることが可能となるものである。
＜実施例＞
図３、図４に本実施例の鉄鍋炉を示す。本実施例では、外殻層２を有底円筒からなる外筒部２０ｂと内筒部２０ａとからなる二重殻構造２０とし、この外殻層２が炉壁４１と炉床の最外殻ケーシングとなる。そして二重殻構造２０の内部が高真空の真空層３０となるもので、真空層３０によって鉄鍋５炉の上面を除く全面が覆われている。

また本実施例では、外殻層２の底面上に炉床部７を載置形成している。炉床部７は下側より、厚さ５０ｍｍのシリカやアルミナ等からなるスーパーボード層７１、厚さ６５ｍｍのＬＢＫ−２３からなる耐火断熱レンガ層７２、厚さ６５ｍｍのＳＫ３４の耐火レンガ層７３を設けて形成してあり、炉床の耐火性及び断熱性を確保している。

炉壁４１（側壁）の最も炉内側に設けられる耐火層１１は、床面から高さ２３０ｍｍまでの部分に厚み６５ｍｍのＳＫ３４の耐火レンガを用い、その上側の部分には厚み５０ｍｍのセラミックファイバーを用いて形成しある。

耐火断熱層１０は、厚み６５ｍｍのＬＢＫ−２３の耐火断熱レンガを用いている。また、床面から高さ２３０ｍｍまでの部分にはセラミックファイバーを設けてある。

耐火断熱層１０の外側の中空層３１は、外径がφ４８のファイバースリーブ３２を並設して形成してある。

真空層３０には、内筒部２０ａと外筒部２０ｂとの間の空間保持のための補強部材８を設けてある。補強部材８は、熱伝導性の低いものを用いるのが好ましい。

本実施例の場合、炉内温度１０００℃に対し、従来では外殻層２の外側付近の温度が９０℃にまで上昇するところを５０〜７０℃程度に低減させることができ、炉壁４１からの放熱を従来より約２〜４割低減させることができる。

本発明の一実施形態を示し、（ａ）は工業炉（金属溶解炉）の全体概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部詳細断面図である。同上の炉壁の一部平面断面図である。同上の実施例を示し、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面断面図である。同上の炉壁の要部拡大縦断面図である。従来の工業炉の炉壁の詳細断面図である。

符号の説明

１耐火層
１０耐火断熱層
２外殻層
２０二重殻構造
２０ａ内筒部
２０ｂ外筒部
３０真空層
３１中空層
４０炉内空間
４１炉壁
４２燃焼器
４２ａリジェネバーナ
４３燃料ガス供給管
４４給気管
４５蓄熱体
５鉄鍋

Claims

耐火物から形成される耐火層を備えた工業炉の炉壁構造において、耐火層の外側に炉壁の断熱性を向上させるための真空層を設けて成ることを特徴とする工業炉の炉壁構造。
耐火層の外側に二重殻構造からなる外殻層を設けると共に該外殻層の内部を真空層として成ることを特徴とする請求項１記載の工業炉の炉壁構造。
外殻層と耐火層との間に断熱性を向上させるための中空層を設けて成ることを特徴とする請求項２記載の工業炉の炉壁構造。