JP2007271161A - Furnace wall structure for heating furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属工業や窯業などの技術分野において、材料の加熱、熱処理、焼成などのために用いられる加熱炉の炉壁構造に関する。 The present invention relates to a furnace wall structure of a heating furnace used for heating, heat treatment, firing and the like of materials in technical fields such as metal industry and ceramic industry.
金属工業や窯業などの技術分野において、材料の加熱、熱処理、焼成などを目的とした種々の加熱炉が用いられている。この種の加熱炉は、炉壁からの熱損失が少ないことが望まれるが、近年、地球温暖化が問題となるなかで、炉壁からの熱損失をより効果的に抑制して更なる省エネルギー化、省CO2化を実現できる加熱炉が望まれている。 In the technical fields such as the metal industry and the ceramic industry, various heating furnaces for the purpose of heating, heat treatment and firing of materials are used. This kind of heating furnace is desired to have less heat loss from the furnace wall. However, in recent years, global warming has become a problem. reduction, the furnace can realize saving CO 2 is desired.
従来、加熱炉の炉壁には、耐火煉瓦、キャスタブル、プラスチック耐火物などが用いられていたが、最近では断熱性が良好でかつ蓄熱量の小さいセラミックファイバやアルミナファイバが断熱材として用いられている(例えば、特許文献1)。
一方、炉壁からの熱損失抑制を目的とした炉壁構造として、例えば、特許文献2には、内側に耐火物製内張り層を有する内殻と、この内殻外側に離間して設けられた外殻と、内殻・外殻間の空間に充填された断熱材を備えるとともに、内殻・外殻間の空間を減圧できるようにしたものが示されている。
Conventionally, refractory bricks, castables, plastic refractories, etc. have been used for the furnace walls of heating furnaces. Recently, ceramic fibers and alumina fibers with good heat insulation and low heat storage have been used as heat insulating materials. (For example, Patent Document 1).
On the other hand, as a furnace wall structure for the purpose of suppressing heat loss from the furnace wall, for example,
また、特許文献3には、耐火断熱材の表面に耐火材料を水プラズマ装置により溶射して溶射被覆層を形成し、炉壁の蓄熱量や放散熱量の低減を図るようにした炉壁用の耐火断熱材が示されている。
しかし、特許文献2の炉壁構造は設備コストが高く、特に大型炉には不向きである。また、特許文献3の耐火断熱材は、水プラズマ装置はガスプラズマ装置によりも格段に溶射能力が大きいため、低コストで施工が可能であるとは言え、通常のライニング施工よりも設備コストが高くなる。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、少ない設備コストで炉壁からの熱損失を効果的に抑制することができる炉壁構造を提供することにある。
However, the furnace wall structure of
Accordingly, an object of the present invention is to provide a furnace wall structure capable of solving the above-described problems of the prior art and effectively suppressing heat loss from the furnace wall with a small equipment cost.
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]加熱炉の炉外殻の外面側に、該炉外殻との間で空間を設けて遮蔽板Sを設置することを特徴とする加熱炉の炉壁構造。
[2]上記[1]の炉壁構造において、遮蔽板Sと炉外殻間の空間が、遮蔽板Sの端部で塞がれていることを特徴とする加熱炉の炉壁構造。
[3]上記[1]又は[2]の炉壁構造において、遮蔽板Sの外側に、さらに、遮蔽板間で空間を設けて1層以上の遮蔽板Snを設置することを特徴とする加熱炉の炉壁構造。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] A furnace wall structure of a heating furnace, wherein a shielding plate S is provided on the outer surface side of the furnace outer shell of the heating furnace with a space provided between the outer shell and the furnace shell.
[2] The furnace wall structure of the heating furnace according to [1], wherein a space between the shielding plate S and the outer shell of the furnace is closed by an end portion of the shielding plate S.
[3] In the furnace wall structure according to [1] or [2], the heating is characterized in that one or more shielding plates Sn are provided outside the shielding plate S and a space is provided between the shielding plates. Furnace wall structure.
[4]上記[3]の炉壁構造において、遮蔽板間の空間が、外層側の遮蔽板の端部で塞がれていることを特徴とする加熱炉の炉壁構造。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかの炉壁構造において、遮蔽板S又は/及びSnが熱放射率が0.3以下の金属からなることを特徴とする加熱炉の炉壁構造。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの炉壁構造において、遮蔽板S又は/及びSnの表面に熱放射率が0.3以下の塗膜を形成したことを特徴とする加熱炉の炉壁構造。
[4] The furnace wall structure of the heating furnace according to [3], wherein a space between the shielding plates is closed by an end portion of the shielding plate on the outer layer side.
[5] The furnace wall of the heating furnace according to any one of [1] to [4], wherein the shielding plate S and / or Sn is made of a metal having a thermal emissivity of 0.3 or less. Construction.
[6] In the furnace wall structure according to any one of [1] to [5] above, a coating having a thermal emissivity of 0.3 or less is formed on the surface of the shielding plate S or / and Sn. Furnace wall structure.
本発明の炉壁構造によれば、炉からの熱損失を効果的に抑制でき、加熱炉の省エネルギー化、省CO2化が達成できる。しかも、炉外殻の外面側に遮蔽板を設置するだけの簡易な構造であるため設備コストが少なくて済み、特に、既設の加熱炉であっても比較的簡単に且つ安価に実現することができる。 According to the furnace wall structure of the present invention, heat loss from the furnace can be effectively suppressed, and energy saving and CO 2 saving of the heating furnace can be achieved. In addition, since the structure is simple by simply installing a shielding plate on the outer surface side of the furnace outer shell, the equipment cost can be reduced. In particular, even an existing heating furnace can be realized relatively easily and inexpensively. it can.
図1は、本発明の炉壁構造の一実施形態を示すもので、1は炉外殻(鉄皮)、2はその内側に配される断熱材、3はさらにその内側に配される耐火断熱材であり、これら炉外殻1、断熱材2及び耐火断熱材3により、炉壁Xが構成されている。
前記炉外殻1の外面側には、複数の支持部材5により支持されることで、炉外殻1との間に空間4を設けて遮蔽板Sが設置されている。この遮蔽板Sは炉外殻面とほぼ同面積であり、炉外殻1のほぼ全体を覆うように設置されている。
FIG. 1 shows an embodiment of a furnace wall structure according to the present invention, wherein 1 is a furnace shell (iron skin), 2 is a heat insulating material disposed inside thereof, and 3 is a fireproof material further disposed inside thereof. A furnace wall X is constituted by the
On the outer surface side of the furnace
前記遮蔽板Sの材質は特に限定されないが、なるべく熱放射率の小さい低熱放射率の金属で構成することが好ましい。炉外殻1と遮蔽板S間での熱移動は、主に熱放射によるものであることから、これらの間での熱移動を抑制するためには遮蔽板Sの熱放射率は低い方が望ましいからである。したがって、遮蔽板Sは鉄板(通常、表面が酸化した鉄板の熱放射率は0.7程度)でもよいが、より熱放射率の低い金属、具体的には熱放射率が0.3以下の金属で構成されることが好ましい。このような金属としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金板(通常の熱放射率:0.1〜0.2程度)、ステンレス鋼板(通常の熱放射率:0.2〜0.3程度)などが挙げられる。これらの金属板であれば施工時の取扱も容易であり、設置後の破損等のおそれも少ない。
Although the material of the said shielding board S is not specifically limited, It is preferable to comprise with the metal of the low thermal emissivity as small as possible. Since the heat transfer between the
また、遮蔽板Sの表面に低熱放射率の塗膜を形成することができ、例えば、遮蔽板Sに鉄板などを使用する場合であっても、そのような塗膜を形成すれば、熱放射による熱移動を抑制して断熱性を向上させることができる。具体的には熱放射率が0.3以下の塗膜が好ましく、このような低熱放射率の塗料としては、通常市販されている遮熱塗料(放射率:0.2以下)などを使用できる。
炉外殻1と遮蔽板S間での熱放射による熱移動を抑制するためには、炉外殻1と遮蔽板Sとの間の空間4は、熱対流が発生しにくい厚さ(炉外殻1と遮蔽板Sの間隔)にすることが好ましく、このため空間4の厚さt1は50mm以下とすることが好ましい。
In addition, a coating film having a low thermal emissivity can be formed on the surface of the shielding plate S. For example, even when an iron plate or the like is used for the shielding plate S, if such a coating film is formed, thermal radiation can be formed. It is possible to improve the heat insulation by suppressing the heat transfer due to. Specifically, a coating film having a thermal emissivity of 0.3 or less is preferable, and a commercially available thermal barrier paint (emissivity: 0.2 or less) or the like can be used as such a low thermal emissivity paint. .
In order to suppress heat transfer due to heat radiation between the
前記複数の支持部材5は適当な間隔で配置され、炉外殻1に対して遮蔽板Sを連結支持する。支持部材5の構成や材質なども特に限定されず、適宜な金属材で構成すればよい。
炉外殻1からの熱移動は、遮蔽板Sを設けない炉壁構造では炉周囲外部との熱放射及び熱伝達によるものであるのに対し、以上説明したような本発明の炉壁構造では、炉外殻1外面と遮蔽板Sとの熱放射が主体となるので、炉壁の断熱性が高められ、炉壁からの熱貫流率を低くすることができる。
The plurality of
The heat transfer from the
遮蔽板は2層以上設けることができる。図2は、本発明の炉壁構造において遮蔽板を2層設ける場合の一実施形態を示すもので、図1に示すような遮蔽板Sの外側に、さらに、その遮蔽板Sとの間で空間4aを設けて第2の遮蔽板Snを設置したものである。すなわち、遮蔽板Sの外面側には、複数の支持部材5aにより支持されることで、遮蔽板Sとの間に空間4aを設けて遮蔽板Snが設置されている。この遮蔽板Snは炉外殻面とほぼ同面積であり、遮蔽板Sとともに炉外殻1のほぼ全体を覆うように設置されている。
Two or more shielding plates can be provided. FIG. 2 shows an embodiment in which two layers of shielding plates are provided in the furnace wall structure of the present invention. Outside the shielding plate S as shown in FIG. A space 4a is provided and a second shielding plate Sn is installed. That is, on the outer surface side of the shielding plate S, the shielding plate Sn is provided with the space 4a provided between the shielding plate S by being supported by the plurality of
このように遮蔽板を2層以上設けた場合も、遮蔽板S,Snの材質は特に限定されないが、図1の場合と同様に、なるべく熱放射率の小さい低熱放射率の金属(好ましくは熱放射率が0.3以下の金属)で構成することが好ましい。炉外殻1と遮蔽板S間及び遮蔽板Sと遮蔽板Sn間での熱移動は、主に熱放射によるものであることから、これらの間での熱移動を抑制するためには遮蔽板S,Snの熱放射率は低い方が望ましいからである。したがって、遮蔽板S,Snの材質については、さきに図1の実施形態で述べたと同様である。なお、特に外層側の遮蔽板Snについて、低熱放射率の金属で構成することが有効である。
Even when two or more shielding plates are provided in this way, the materials of the shielding plates S and Sn are not particularly limited, but as in the case of FIG. 1, a metal with low thermal emissivity as low as possible (preferably heat It is preferable to use a metal having an emissivity of 0.3 or less. Since the heat transfer between the
また、遮蔽板S,Snの表面には低熱放射率の塗膜(好ましくは熱放射率が0.3以下の塗膜)を形成してもよい。この塗膜については、さきに図1の実施形態で述べたと同様である。なお、特に外層側の遮蔽板Snについて、低熱放射率の塗膜を形成することが有効である。
さらに、遮蔽板Sと遮蔽板Sn間での熱放射による熱移動を抑制するためには、遮蔽板Sと遮蔽板Snとの間の空間4aは、熱対流が発生しにくい厚さ(遮蔽板Sと遮蔽板Snとの間隔)にすることが好ましく、このため空間4aの厚さt2は50mm以下とすることが好ましい。
A coating film with low thermal emissivity (preferably a coating film with a thermal emissivity of 0.3 or less) may be formed on the surfaces of the shielding plates S and Sn. This coating film is the same as described in the embodiment of FIG. In particular, it is effective to form a coating film with low thermal emissivity for the shielding plate Sn on the outer layer side.
Further, in order to suppress heat transfer due to heat radiation between the shielding plate S and the shielding plate Sn, the space 4a between the shielding plate S and the shielding plate Sn has a thickness (shielding plate that is difficult to generate thermal convection). it is preferable to the distance) between the S and the shielding plate Sn, the thickness t 2 of the order space 4a is preferably set to 50mm or less.
遮蔽板Snを支持する前記複数の支持部材5aは適当な間隔で配置され、遮蔽板Sに対して遮蔽板Snを連結支持する。支持部材5aの構成や材質なども特に限定されず、適宜な金属材で構成すればよい。
なお、遮蔽板は3層以上設置することもできるが、遮蔽板を3層以上設置すると、炉からの熱損失を抑制する効果は高まるものの、炉外殻1(鉄皮)の温度が上昇し、場合によっては300℃以上になり、長期間使用する上で問題となるので、炉外殻1の耐久性の観点からは、一般には遮蔽板の設置層数は2層以下とするのが望ましい。
The plurality of
Although three or more shielding plates can be installed, if three or more shielding plates are installed, the effect of suppressing heat loss from the furnace increases, but the temperature of the furnace shell 1 (iron skin) increases. In some cases, the temperature becomes 300 ° C. or higher, which causes a problem in long-term use. From the viewpoint of durability of the
本発明の炉壁構造では、遮蔽板Sと炉外殻1との間の空間4は遮蔽板Sの端部で塞がれている構造であることが好ましい。図3は、そのような構造の一実施形態を示すもので、遮蔽板Sの端部には炉外殻1側に延出して空間4を塞ぐ塞ぎ板6が設けられている。
このように遮蔽板Sと炉外殻1との間の空間4を遮蔽板Sの端部で塞ぐ構造とすることにより、空間4内での気体の流動を抑制し、気体の流動により発生する炉外殻1表面からの対流熱移動を抑えることができ、遮蔽板Sを設置したことによる断熱効果をさらに高めることができる。
In the furnace wall structure of the present invention, it is preferable that the
In this way, by making the
また、図2に示すように遮蔽板Sの外側に、さらに空間4aを設けて1層以上の遮蔽板Snを設置した場合には、遮蔽板S,Sn間の空間4aは外層側の遮蔽板Snの端部で塞がれている構造であることが好ましい。
例えば、図2に示すように遮蔽板Sの外側に1層の遮蔽板Snを設ける場合には、遮蔽板Snの端部に遮蔽板S側に延出して空間4aを塞ぐ塞ぎ板が取付けられる。
Further, as shown in FIG. 2, when a space 4a is further provided outside the shielding plate S and one or more shielding plates Sn are installed, the space 4a between the shielding plates S and Sn is a shielding plate on the outer layer side. It is preferable that the structure is closed at the end of Sn.
For example, as shown in FIG. 2, when a single-layer shielding plate Sn is provided outside the shielding plate S, a closing plate that extends toward the shielding plate S and closes the space 4a is attached to the end of the shielding plate Sn. .
このように遮蔽板S,Sn間の空間4aを外層側の遮蔽板Snの端部で塞ぐ構造とすることにより、図3で説明したと同様、空間4a内での気体の流動を抑制し、気体の流動により発生する遮蔽板S表面からの対流熱移動を抑えることができ、遮蔽板Snを設置したことによる断熱効果をさらに高めることができる。
以上のような本発明の炉壁構造は、炉外殻1の外面側に遮蔽板S,Snを設置するだけでよいので、既設の加熱炉であっても比較的簡単にかつ安価に設置することができる。
In this way, by adopting a structure in which the space 4a between the shielding plates S and Sn is closed by the end portion of the shielding plate Sn on the outer layer side, the flow of gas in the space 4a is suppressed as described in FIG. Convective heat transfer from the surface of the shielding plate S generated by the gas flow can be suppressed, and the heat insulation effect due to the installation of the shielding plate Sn can be further enhanced.
In the furnace wall structure of the present invention as described above, it is only necessary to install the shielding plates S and Sn on the outer surface side of the
次に、本発明の炉壁構造において、遮蔽板の層数や材質が断熱効果、炉外殻温度に及ぼす影響を調べた結果を示す。
炉壁が厚さ300mmの耐火断熱材と厚さ15mmの鉄皮(炉外殻)からなる加熱炉(炉内温度1250℃)において、炉壁(炉外殻)の外側に図1、図2等に準じた構造で1層又は2層以上の遮蔽板S,Snを設けた。
Next, in the furnace wall structure of the present invention, the results of examining the influence of the number and material of the shielding plates on the heat insulation effect and the furnace shell temperature are shown.
1 and 2 outside the furnace wall (furnace shell) in a heating furnace (furnace temperature 1250 ° C.) in which the furnace wall is composed of a refractory heat insulating material having a thickness of 300 mm and an iron skin (furnace shell) having a thickness of 15 mm. One or two or more shielding plates S and Sn having a structure according to the above are provided.
図4は、遮蔽板として鉄板(熱放射率0.7)を用いた場合において、遮蔽板の設置層数と断熱効果(熱損失割合)との関係を示したものであり、遮蔽板なしの場合(設置層数:0)の炉壁からの熱流束(単位時間及び単位面積当たりの熱量)を基準として、遮蔽板を設置した場合の炉壁からの熱流束(炉壁からの熱損失割合)を示している。また、図5は、同じく遮蔽板として鉄板(熱放射率0.7)を用いた場合において、遮蔽板の設置層数と炉外殻(鉄皮)外面の表面温度との関係を示したものである。 FIG. 4 shows the relationship between the number of installed layers of the shielding plate and the heat insulating effect (heat loss ratio) when an iron plate (thermal emissivity 0.7) is used as the shielding plate. Heat flux from the furnace wall (heat loss rate from the furnace wall when the shielding plate is installed on the basis of heat flux from the furnace wall in the case (number of installed layers: 0) (heat amount per unit time and unit area) ). FIG. 5 shows the relationship between the number of shield plates installed and the surface temperature of the outer surface of the furnace shell (iron skin) when an iron plate (thermal emissivity 0.7) is also used as the shield plate. It is.
図4によれば、遮蔽板の設置層数が多いほど熱損失は少なくなっている。一方、図5によれば、遮蔽板なしの場合には約110℃であった炉外殻表面温度は、遮蔽板の設置層数が1層の場合には約190℃、2層の場合には約240℃となり、3層以上の場合には300℃近傍或いは300℃以上となっている。
このように、遮蔽板の設置層数を増やすと熱損失は少なくなるが、遮蔽板をあまり多層に設置すると炉外殻表面温度が300℃以上に上昇するので、長期的な炉体寿命を考慮すると望ましくない。したがって、このような観点から遮蔽板の設置層数を決定することが好ましい。
According to FIG. 4, the heat loss decreases as the number of installed layers of the shielding plate increases. On the other hand, according to FIG. 5, the furnace shell surface temperature, which was about 110 ° C. without the shielding plate, was about 190 ° C. when the number of shielding plates was one and about 190 ° C. when two layers were installed. Is about 240 ° C., and in the case of three or more layers, it is around 300 ° C. or 300 ° C. or more.
As described above, increasing the number of shield plates installed reduces heat loss, but if the shield plates are installed in multiple layers, the furnace shell surface temperature rises to 300 ° C or higher, so long-term furnace life is considered. Then it is not desirable. Therefore, it is preferable to determine the number of installation layers of the shielding plate from such a viewpoint.
図6は、遮蔽板として鉄板(熱放射率0.7)とアルミニウム板(熱放射率0.2)を用いた場合において、遮蔽板の設置層数と断熱効果(熱損失割合)との関係を比較して示したものであり、遮蔽板なしの場合(設置層数:0)の炉壁からの熱流束(単位時間及び単位面積当たりの熱量)を基準として、遮蔽板を設置した場合の炉壁からの熱流束(炉壁からの熱損失割合)を示している。また、図7は、同じく遮蔽板として鉄板(熱放射率0.7)とアルミニウム板(熱放射率0.2)を用いた場合において、遮蔽板の設置層数と炉外殻(鉄皮)外面の表面温度との関係を比較して示したものである。 FIG. 6 shows the relationship between the number of installed layers of the shielding plate and the heat insulation effect (heat loss ratio) when an iron plate (thermal emissivity 0.7) and an aluminum plate (thermal emissivity 0.2) are used as the shielding plate. This is a comparison of the heat flux from the furnace wall without the shielding plate (number of installed layers: 0) (the amount of heat per unit time and unit area) when the shielding plate is installed. The heat flux from the furnace wall (heat loss ratio from the furnace wall) is shown. FIG. 7 also shows the number of shield plates installed and the outer shell of the furnace (iron skin) when an iron plate (thermal emissivity 0.7) and an aluminum plate (thermal emissivity 0.2) are used as the shield plates. The relationship with the surface temperature of the outer surface is shown in comparison.
図6によれば、遮蔽板としてアルミニウム板を用いると、鉄板の場合と比較して炉壁からの熱損失の減少割合が高くなる。しかし、図7に示されるように、アルミニウム板の場合には2層以上設置すると炉外殻表面温度は300℃以上となっている。
したがって、遮蔽板としてはアルミニウム板のような低熱放射率の金属板を用いることが好ましいが、熱放射率が高い金属板を使用した場合に較べて炉外殻表面温度がより上昇しやすいので、このような観点から遮蔽板の設置層数を決定することが好ましい。
According to FIG. 6, when an aluminum plate is used as the shielding plate, the rate of reduction in heat loss from the furnace wall is higher than in the case of an iron plate. However, as shown in FIG. 7, in the case of an aluminum plate, if two or more layers are installed, the furnace shell surface temperature is 300 ° C. or higher.
Therefore, it is preferable to use a metal plate with a low thermal emissivity such as an aluminum plate as the shielding plate, but the furnace shell surface temperature is more likely to rise than when using a metal plate with a high thermal emissivity. From such a viewpoint, it is preferable to determine the number of installation layers of the shielding plate.
なお、一般的には、遮蔽板としてアルミニウム板、アルミニウム合金板、ステンレス鋼板などのような低熱放射率の金属板を用い、或いは低熱放射率の塗膜を形成した金属板を用いれば、遮蔽板の設置層数を2層以下として炉壁の断熱強化を達成することができる。
また、遮蔽板と炉外殻との間の空間(間隔)の厚さt1を30mmとし、図3に示すように遮蔽板Sの端部に空間4を塞ぐ塞ぎ板6を取付けた構造にすれば、さらに断熱効果は高まり、その炉壁通過熱流束は塞ぎ板6を設けない場合の炉壁通過熱流束の約95%であった。
In general, a shielding plate that uses a low thermal emissivity metal plate such as an aluminum plate, an aluminum alloy plate, a stainless steel plate, or a metal plate with a low thermal emissivity coating film is used. The heat insulation strengthening of the furnace wall can be achieved by setting the number of installed layers to 2 or less.
Further, the thickness t 1 and 30 mm, fitted with a closing plate 6 closes the
1 炉外殻
2 断熱材
3 耐火断熱材
4,4a 空間
5,5a 支持部材
6 塞ぎ板
S,Sn 遮蔽板
X 炉壁
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