JP2007285573A - 回転式溶融炉における耐火物の内張り構造及び回転式溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】耐火物を上下に２層化した場合の上下の耐火物間のずれを抑制して耐火物の割れを抑制し、延命化を図る。
【解決手段】原料を溶融処理する回転式溶融炉１において、軸を中心として回転が可能なように支持されたキルン２の内周面に内張りする耐火物を、軸の半径方向に２層化する。キルン２から、２層化した耐火物の下層のキャスタブル３を通って上層の耐火煉瓦４に至る長さを有するリブ５を、キルン２の周方向に適数個設置する。リブ５が設けられた位置の耐火煉瓦４の、キャスタブル３と当接する側に、リブ挿入用の切欠き４ａを設ける。
【効果】耐火物の熱膨張が局所的に発生しないので、局所的な応力集中が防止できて、クロム質を含有した熱膨張の大きな耐火物を選定した際にも、耐火物に割れが発生するのを抑制でき、延命化が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料を溶融処理する回転式溶融炉における耐火物の内張り構造、及びこの内張り構造を有する回転式溶融炉に関し、炉内からの熱ロスを抑制するのと共に、耐火物間のずれを抑えて耐火物の割れを抑制し、延命化を図ることを目的とするものである。

原料を溶融処理する回転式溶融炉では、
1) 原料の溶融によって炉内が高温雰囲気となるので、炉内耐火物の耐溶損性の向上を図って耐火物の延命化を図る。
2) 炉内温度を高温に維持するために大量の熱源を必要とするので、炉からの熱ロスを極力少なくして操業費用（ランニングコスト）を削減する。
ことが操業課題として挙げられる。

そして、1)の溶融操業による炉内耐火物の延命化を図る方法としては、1a)耐火物を耐溶損性の高い材質に変更する方法と、1b)耐火物の溶損を防止するために溶融原料の塩基度を耐火物の塩基度とほぼ等しくなる様に調整する方法がある。

このうち、1a)の方法では、炉内にて高温の溶融原料と接触する耐火物は、一般に使用されるアルミナシリカ質の耐火物（溶損率８７）に比べて耐溶損性に優れたマグネシアクロム質（溶損率１）の耐火物を選定することになる。

しかしながら、このマグネシアクロム質の耐火物（体積膨張１）は、アルミナシリカ質の耐火物（体積膨張０．５６）と比べて熱膨張が大きいので、熱膨張によって応力集中が発生すると耐火物に割れが発生する。この割れは約２０mm〜５０mmの厚みで発生するため、耐火物の延命化を進める上で大きな障害となる。

また、1b)の方法では、溶融原料の塩基度を耐火物の塩基度とほぼ等しくすることにより、原料の溶融温度がさらに高温となるため燃料費がかかるというデメリットが生じる。

一方、2)の炉からの熱ロスを極力少なくする方法としては、2a)回転式溶融炉の出側に遮蔽板をあてて排ガスによる熱ロスを削減する方法と、2b)回転式溶融炉の内張り耐火物の厚みを厚くして伝熱ロスを削減する方法がある。

このうち、2a)のロータリーキルン型の回転式溶融炉の出側に遮蔽板を設置する方法（特許文献１）は、遮蔽板の存在によって炉内状況がモニター等で監視できなくなり、操業管理面で問題が生じてしまうので、現実への適用は難しい。
特開２００１−３２４２７３号公報

この2a)の方法に対して、2b)の回転式溶融炉の内張り耐火物の厚みを厚くする方法は、現実への適用が容易な方法である。しかしながら、単純に耐火物ブロックの厚みを厚くすると、耐火物ブロックの張替施工時に人的に積上げることが困難となり作業性が悪化する。また、ロータリーキルン型の回転式溶融炉では、内張りした耐火物ブロックがその自重で剥離して落下しないように、耐火物ブロック同士がせり合う力だけで保持するのが困難となる。

この対策として、耐火物を上下に２層化し、耐火物の厚みを制限なく大きくすることなく内張り耐火物層の厚みを確保して、炉体からの放散熱量を抑えると共に耐火物の耐用性を高めることが行なわれている。

しかしながら、耐火物を上下に２層化すると、ロータリーキルンのような回転式溶融炉の場合は、炉の回転により上層の一層目煉瓦と下層の二層目煉瓦との間でずれが発生して、一層目煉瓦（ウェアー煉瓦）に大きな機械的ストレスが発生し、ライニング耐火物が損耗して寿命を縮めるおそれがある。

そこで、回転可能に支持された円形断面の炉本体の全周にわたって、一層目煉瓦と二層目煉瓦の厚さを合計した厚さを有するキー煉瓦を所定間隔で張り付けることで、一層目煉瓦と二層目煉瓦との間のずれの発生を防止するものが特許文献２で開示されている。
特開２００３ー１１４０９０号公報

しかしながら、特許文献２で開示された方法は、溶融原料にさらされるキー煉瓦の損耗が進み、せん断応力によってキー煉瓦が割れた場合、キー煉瓦が施工されていない場合と同じ条件になって、一層目と二層目との間でずれが発生する。ずれが発生した箇所は煉瓦の摩耗が早くなって応力集中や煉瓦の熱膨張による割れが発生する。また、溶融原料が炉本体にまで差込むと、炉本体の溶損につながるおそれがある。

なお、特許文献３には、炉本体の長手方向の所定の位置において、炉本体の円周方向に離間した位置に複数の仕切り鉄板を設置し、これらの仕切り鉄板間に複数のプレモールドキャスタブルブロックを配置したロータリーキルンが開示されている。
特開２００３−１０６７７０号公報

しかしながら、特許文献３に開示された技術は、産業廃棄物焼却炉等を対象とするものであり、１２００℃程度の塩素系ガスによる耐火物の損傷を防止するための対策である。したがって、耐火物を上下に２層化した場合の対応や、仕切り鉄板自体の保護対策に関しては全く考慮外であり、仕切り鉄板は、ロータリーキルンを簡単な施工で安価に提供するための工夫の一つに過ぎない。

本発明が解決しようとする問題点は、炉内からの熱ロスを抑制すべく耐火物を上下に２層化した内張り構造において、キー煉瓦によって上下の耐火物間のずれを防止する技術では、キー煉瓦の損耗が進んでキー煉瓦が割れた場合は、効果がないと言う点である。

本発明の回転式溶融炉における耐火物の内張り構造は、
炉内からの熱ロスを抑制すべく耐火物を上下に２層化した場合の上下の耐火物間のずれを抑制して耐火物の割れを抑制し、延命化を図るために、
原料を溶融処理する回転式溶融炉において、
軸を中心として回転が可能なように支持された炉本体の内周面に内張りする耐火物を、軸の半径方向に２層化し、
前記炉本体から、前記２層化した耐火物の下層の耐火物を通って上層の耐火物に至る長さを有するリブを、前記炉本体の周方向に適数個設置したことを最も主要な特徴としている。

本発明の回転式溶融炉における耐火物の内張り構造では、前記の構成を採用することで、耐火物の厚みを制限なく大きくすることなく内張り耐火物層の厚みを確保して、炉体からの放散熱量を抑えている。しかも、前記リブによって、溶融炉の回転時における上下の耐火物間のずれを防止して、耐火物の熱膨張が局所的に発生しないようにし、局所的な応力集中を防止してクロム質を含有した熱膨張の大きな耐火物を選定した際にも耐火物の割れが発生するのを抑制している。

本発明の回転式溶融炉における耐火物の内張り構造において、前記リブが設けられた位置の上層の耐火物の、下層の耐火物と当接する側に前記リブ挿入用の切欠きを設けたものとすれば、リブが溶融原料にさらされることがないので、溶融原料が炉本体に差込まず、炉本体が溶損することもない。

本発明の回転式溶融炉における耐火物の内張り構造は、ロータリーキルン型のみならず回転炉床炉型の回転式溶融炉にも採用することができる。

本発明では、耐火物を上下に２層化した場合の上下の耐火物間のずれを抑制できるので、耐火物の熱膨張が局所的に発生しない。したがって、局所的な応力集中が防止できて、クロム質を含有した熱膨張の大きな耐火物を選定した際にも、耐火物に割れが発生するのを抑制でき、延命化が図れるという利点がある。

以下、本発明の最良の形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１は、製鉄所から発生する鉄含有ダストを溶融処理する回転式溶融炉であるロータリーキルン型溶融炉における耐火物の内張り構造を説明する図である。

本発明例で使用する原料の鉄含有ダストとは、鉄分が２０質量％以上、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂の質量比）が０．７から２．０の範囲にあるダストをいう。また、図１で説明する本発明のロータリーキルン型溶融炉は、炉本体として、直径（外径）が４．９m、長さが１４mのショートキルンを使用しており、炉内温度は１３００℃〜１５００℃の温度帯で溶融操業している。

この本発明のロータリーキルン型溶融炉１では、軸を中心として回転が可能なように支持された前記キルン（肉厚：３２mm、内径：４８３６mm）２の内周面に、例えば厚さｔ1が１１０mmのキャスタブル３と、厚さｔ2が３００mmの耐火煉瓦４を、上下２層に内張りしている。なお、この耐火煉瓦４は、キルン２の半径方向内周に向かって先細りとなるようにテーパがつけられており、このテーパによって耐火煉瓦４同士がせり合って落下しないようになっている。

このように、キルン２の内周面に内張りする耐火物を上下に２層化することで、耐火物の厚みを制限なく大きくすることなく耐火物層の厚みを確保して、キルン２からの放散熱量を抑えている。

そして、本発明では、この２層化した耐火物のうちの下層のキャスタブル３を通って、上層の耐火煉瓦４に至る長さを有するリブ５を、前記シェル２の内周部を周方向に例えば１０等分に分割する位置に設置している。このリブ５により、溶融炉１の回転によるキャスタブル３と耐火煉瓦４とのずれを構造的に防止でき、耐火物の熱膨張による応力集中を分散することで耐火物の割れ発生を防止している。

このリブ５の数は特に限定はされないが、少なすぎても応力集中の緩和ができず、多すぎても施工が煩雑になるため、３〜１５個程度設置するのが望ましい。なお、図１に示した例では、リブ５を等分割位置に設置したものを示しているが、必ずしも等分割位置に設置する必要性はない。

また、図１に示した例では、図１（ｂ）に示すように、前記リブ５が設けられた位置の上層の耐火煉瓦４の、下層のキャスタブル３と当接する側に、前記リブ５を挿入するための切欠き４ａを設けて、リブ５が溶融原料に直接さらされないようしている。

この上層の耐火煉瓦４の厚さ方向に設ける切欠き４ａの長さＬは、この切欠き４ａと隣り合う耐火煉瓦４が、せり合いによる引っ掛かり部が薄くなって抜け落ちないような長さとすることは言うまでもない。図１の例では切欠き４ａの長さＬを１００mmとしている。

このような構成を採用することにより、溶融炉１の回転による上層の耐火煉瓦４と下層のキャスタブル３とのずれによる応力集中が解消されるので、耐火煉瓦４の表面に発生する割れを防止することができた。この耐火煉瓦４の表面を斜視方向から見たものを図２に示す。また、リブ５が溶融原料に直接さらされないので、キルン１への溶融原料の差込みも回避できた。

一方、内張り耐火物を、ただ単にキャスタブル３と耐火煉瓦４の上下２層とした図３に示した構造のロータリーキルン型溶融炉１では、溶融炉１の回転により下層のキャスタブル３と上層の耐火煉瓦４の間にずれが生じた。したがって、溶融炉１の支持部から応力（白抜き矢印で示す）を受けることで、耐火煉瓦４の表面に応力集中が発生し、１回の昇温で耐火煉瓦４の表面に、５０〜１５０mm厚さの割れが幅３mの範囲にわたって発生した。この割れが生じた耐火煉瓦４の表面を斜視方向から見たものを図４に示す。

このように、本発明では、応力集中を回避することで、熱膨張が大きいという短所を有するものの耐溶損性が高い（溶損率が低い）という長所を有するマグネシアクロム質の耐火物の、前記長所を十分に発揮させることができる。

したがって、図１に示した本発明の内張り構造を有する回転式溶融炉では、図３に示した内張り構造の回転式溶融炉と比較して、図５に示したように、約３ヶ月間、内張り耐火物の延命を図ることができた。この耐火物の張り替えには約２０日程度を要するため、耐火物延命は設備の安定操業（稼働日数の向上）を図る上で最重である。

本発明は、上記の実施例に示したものに限られるものではなく、各請求項に記載した技術的思想の範囲内で適宜実施態様を変更しても良いことはいうまでもない。
例えば図１の例では、下層の耐火物をキャスタブル３とすることで、施工性の改善と、リブを設置することによる下層耐火物のずれを防止して、上層の耐火煉瓦の施工時の変形を最小限に抑えるようにしたものを示したが、下層耐火物は耐火煉瓦としても良い。

本発明は、製鉄所から発生する鉄含有ダストを溶融処理してメタル分を回収するロータリーキルン型の回転式溶融炉に限らず、溶融処理を行う回転式溶融炉であれば、図６に示したような回転炉床炉など、処理対象物を限定せずに適用できる。

（ａ）は本発明の回転式溶融炉における耐火物の内張り構造を示す横断面図、（ｂ）は（ｂ）の要部拡大図である。 本発明の内張り構造における割れ改善状況を示した図で、上層の耐火煉瓦の表面を斜視方向から見た図である。 従来の内張り構造と、炉内耐火物の割れ状況を説明した図である。 従来の内張り構造における割れ状況を示した図で、上層の耐火煉瓦の表面を斜視方向から見た図である。 本発明による耐火物延命効果を示した図である。 本発明の適用対象となる回転炉床炉を示した図である。

符号の説明

１ 溶融炉
２ キルン
３ キャスタブル
４ 耐火煉瓦
４ａ 切欠き
５ リブ

Claims (3)

1. 原料を溶融処理する回転式溶融炉において、
   軸を中心として回転が可能なように支持された炉本体の内周面に内張りする耐火物を、軸の半径方向に２層化し、
   前記炉本体から、前記２層化した耐火物の下層の耐火物を通って上層の耐火物に至る長さを有するリブを、前記炉本体の周方向に適数個設置したことを特徴とする回転式溶融炉における耐火物の内張り構造。
2. 前記リブが処理される溶融原料に直接さらされないように、前記リブが設けられた位置の上層の耐火物の、下層の耐火物と当接する側に、前記リブ挿入用の切欠きを設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転式溶融炉における耐火物の内張り構造。
3. 請求項１又は２に記載の耐火物の内張り構造を採用したロータリーキルン型又は回転炉床炉型の回転式溶融炉。