JP2016180043A - フェロコークス製造用竪型乾留炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェロコークス製造用竪型乾留炉において、炉壁からの放熱量を抑止し、熱歪による炉体鉄皮の変形を抑止しつつ、炉壁に施工した耐火物の寿命を向上させる。【解決手段】 本発明のフェロコークス製造用竪型乾留炉１は、その最外殻を鉄皮１２とし、該鉄皮の内側に２層以上の耐火物層が施工されて構成されており、前記耐火物層を構成するそれぞれの耐火物の室温での熱伝導率ｋ（Ｗ／(ｍ・Ｋ)）と厚みＬ（ｍ）とから、各耐火物層の熱抵抗Ｒを、厚みＬと熱伝導率ｋとの比（Ｒ＝Ｌ／ｋ、単位；ｍ2・Ｋ／Ｗ）で定義したとき、前記耐火物層は、鉄皮側の耐火物層の熱抵抗Ｒの方が内面側の耐火物層の熱抵抗Ｒよりも大きくなり、且つ、各耐火物層の熱抵抗Ｒの和（ＲTotal）が１．２ｍ2・Ｋ／Ｗ以上となるように、施工されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、被乾留物を加熱用乾留ガスによって乾留する乾留室を上部に有し、下部に、前記被乾留物から製造された乾留物を冷却ガスによって冷却する冷却室を有し、炉壁の内側に耐火物が施工されたフェロコークス製造用竪型乾留炉に関する。

高炉操業では、一般的に、石炭をコークス炉で乾留して製造したコークスが原料（還元材）として用いられている。近年、高炉における還元材比の低減を目的として、コークスの反応性を向上させることが指向されており、この観点から、鉄鉱石を混合した石炭を乾留して製造される、コークス中に金属鉄が混在するフェロコークスを高炉操業に適用する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

フェロコークスでは、鉄鉱石の還元よって生成した鉄の触媒効果でフェロコークス中のコークスのソリューションロス反応が促進される。したがって、フェロコークスが高炉内に装入された際には、高炉内で、より低温から反応して高炉の熱保存帯の温度を低下させ、この熱保存帯温度の低下によって高炉での還元材比を低下させるという効果が発揮される。これにより、製鉄プロセスにおけるＣＯ₂排出量を大幅に低減させることが期待できる。

フェロコークスの製造設備は、主に、（１）石炭の粉砕、酸化鉄との混合、乾燥、加熱を行う原料設備、（２）原料設備で生成した原料に結合剤を添加後、混練、成型し成型物を生成する成型設備、（３）成型設備で生成した成型物に循環ガスを用いてガス加熱を行い、成型物の乾留を行う乾留設備、の３つの設備から構成される。

これらの設備のなかで、乾留設備としては、上部に、被乾留物を加熱用乾留ガスによって乾留を行う乾留室を有し、下部に、被乾留物から製造された乾留物を冷却ガスによって冷却する冷却室を有し、炉壁の内側に耐火物が施工された竪型乾留炉が用いられている。この竪型乾留炉では、操業時には高温のガスが炉内を流れて炉内は８００℃以上に加熱され、一方、非操業時にはガスの流れが止まるために炉内が冷却され、他の設備に比較して設備に掛かる熱負荷や温度変動が大きいという問題がある。また、操業中でも冷却ガスの通気により、炉の上部と下部とで温度差が大きいという問題がある。このため、竪型乾留炉では、炉壁を構成する耐火物が熱スポーリングによって損傷することが課題となっている。

尚、竪型乾留炉は、フェロコークスを製造するために開発された設備ではなく、成形コークスの製造用設備として、従来から使用されている。ここで、成形コークスとは、原料炭材とバインダーとを混合した後に成型し、その後、乾留処理を行うというプロセスで製造されるコークスである。

フェロコークスの製造方法は、成形コークスの製造方法と類似したプロセスを採り、原料である鉄鉱石粉、粉状炭材、その他炭素源、及びバインダーなどを混合して成型し、その後、この成型物を乾留して製造される。このとき、乾留時に鉄鉱石が炭素源によって還元され、コークス中に鉄が生成する。鉄鉱石の還元反応は吸熱反応であるので、フェロコークスの乾留操業では成形コークスの乾留操業よりも多くの熱を必要とする。

フェロコークスの乾留操業において、省エネルギーの観点から、投入エネルギーを過剰に増大させず、経済的及び環境的に、より有益なプロセスとするには、竪型乾留炉の鉄皮から放出される熱エネルギーの削減（熱ロス低減）が必須である。この熱ロス低減の達成は、竪型乾留炉の鉄皮温度を低下させることから、熱歪による炉体鉄皮変形の抑制という効果も同時に期待できる。

このような、竪型乾留炉における炉体鉄皮からの熱ロスは、竪型乾留炉の炉壁の耐火物ライニング構造に大きく左右される。

竪型乾留炉の炉壁耐火物について、特許文献１は、フェロコークス製造用竪型乾留炉の内張り耐火物（「ワーク耐火物」ともいう）は、室炉式コークス炉で使用される珪石煉瓦ではなく、シャモット煉瓦（粘土質煉瓦の一種）が最適であると記載している。

また、特許文献２は、鉄皮側から、断熱キャスタブル、永久耐火物、内張り耐火物の３層の耐火物層で構成されたフェロコークス製造用竪型乾留炉において、内張り耐火物として、少なくとも冷却室の冷却ガス吹き込み羽口及び／またはその周囲の部位では、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＳｉＣ−Ｃ質煉瓦が最適であることを提案している。特許文献２は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＳｉＣ−Ｃ質煉瓦には割れや欠損が発生せず、この部位の内張り耐火物を従来の粘土質煉瓦で構成した場合に比較して、長期間に亘って安定した乾留操業が実現されるとしている。

一般的に、粘土質煉瓦は、耐熱衝撃性に優れており、また、炭素含有煉瓦は、高温での靭性が粘土質煉瓦などの焼成煉瓦に比べて優れており、耐熱スポーリング性に有効であると考えられている。

しかしながら、フェロコークス製造用竪型乾留炉の炉壁耐火物層として、ただ単に、粘土質煉瓦や炭素含有煉瓦を施工した場合、熱抵抗が十分でないために、系外、即ち炉外への放出熱量が増大してエネルギーコストの増大を招く。また、それによって炉体鉄皮では温度が上昇して熱歪が発生し、炉体の変形を招く懸念がある。更に、炭素含有煉瓦は強度が焼成煉瓦の強度に比べると高くないために、乾留物の移動による磨耗損傷も起こる可能性がある。

また、フェロコークス製造用竪型乾留炉における炉壁耐火物を通じた熱ロスの低減化について、従来、目立った先行技術はなく、特許文献２に記載される従来技術のように、粘土質耐火物からなる複数の層を形成させる場合が一般的であった。また、成形コークス製造用の竪型乾留炉についても、従来、粘土質耐火物を基準とする耐火物ライニング構造を採用するのが一般的であった（例えば、非特許文献１を参照）。

しかしながら、フェロコークス製造用竪型乾留炉において、このような耐火物ライニング構造では、断熱性能は必ずしも十分とはいえず、過剰なエネルギーの投入に伴うエネルギーコストの増大及びＣＯ₂排出量の増大を招いていた。更に、炉体鉄皮の温度も上昇し、炉体鉄皮の熱歪も増大する懸念があった。

特開２０１１−５７９７０号公報 特開２０１４−１８５２６７号公報

社団法人 日本鉄鋼連盟 連続式成形コークス研究開発委員会編：「連続式成形コークス製造技術の研究 昭和６１年度研究成果報告書」

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フェロコークス製造用竪型乾留炉において、炉壁からの放熱量を抑止し、熱歪による炉体鉄皮の変形を抑止しつつ、炉壁に施工した耐火物の寿命を向上させることのできるフェロコークス製造用竪型乾留炉を提供することである。

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］上部に、被乾留物を加熱用乾留ガスによって乾留する乾留室を有し、下部に、前記被乾留物から製造された乾留物を冷却ガスによって冷却する冷却室を有するフェロコークス製造用竪型乾留炉において、
前記フェロコークス製造用竪型乾留炉は、その最外殻を鉄皮とし、該鉄皮の内側に２層以上の耐火物層が施工されて構成されており、前記耐火物層を構成するそれぞれの耐火物の室温での熱伝導率ｋ（Ｗ／(ｍ・Ｋ)）と厚みＬ（ｍ）とから、各耐火物層の熱抵抗Ｒを、厚みＬと熱伝導率ｋとの比（Ｒ＝Ｌ／ｋ、単位；ｍ²・Ｋ／Ｗ）で定義したとき、
前記耐火物層は、鉄皮側の耐火物層の熱抵抗Ｒの方が内面側の耐火物層の熱抵抗Ｒよりも大きくなり、且つ、下記の（１）式で定義される熱抵抗Ｒの和（Ｒ_Total）が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ以上となるように、施工されていることを特徴とするフェロコークス製造用竪型乾留炉。

［２］前記耐火物層は、耐火物の全体厚みが２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることを特徴とする、上記［１］に記載のフェロコークス製造用竪型乾留炉。
［３］前記耐火物層のうちで最も内側の耐火物層は、粘土質煉瓦で構成されていることを特徴とする、上記［１］または上記［２］に記載のフェロコークス製造用竪型乾留炉。
［４］前記鉄皮の直近の内側には、熱抵抗Ｒが０．８ｍ²・Ｋ／Ｗ以上の耐火物層が施工されていることを特徴とする、上記［１］ないし上記［３］のいずれか１項に記載のフェロコークス製造用竪型乾留炉。

本発明によれば、フェロコークスの乾留プロセスにおいて、熱スポーリングによる炉壁耐火物の損傷を抑制しつつ、炉壁鉄皮からの熱ロスを大幅に低減させことが実現される。また、熱ロスの減少によって炉体鉄皮の温度が低下し、炉体鉄皮の熱歪を抑止することが可能となる。また更に、熱ロスの低下により、フェロコークス中に含有する鉄鉱石の還元反応のための熱量を効率的に確保することができ、その結果、品質の良いフェロコークス（未反応である残留鉄鉱石の少ないフェロコークス）を製造することが可能となる。

フェロコークス製造用竪型乾留炉の概略図である。 試験耐火物層における放出熱量を測定するための装置の概略図である。 水準１〜３の試験耐火物層における放出熱量の測定結果を示す図である。 鉄皮の直近の耐火物層の熱抵抗を変化させて、放出熱量を調査した結果を示す図である。 実施例１で使用した小型乾留炉の炉壁を模擬した装置の概略図である。 本発明例５と比較例５とで各耐火物層の温度分布を比較して示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。

フェロコークスを乾留するためのフェロコークス製造用竪型乾留炉の炉壁からの放出熱量の抑止及び炉体鉄皮の熱歪の防止を達成するためには、それに相応する耐火物ライニング構造の設計が重要である。フェロコークス製造用竪型乾留炉の概略図を図１に示す。

フェロコークス製造用竪型乾留炉１は、図１の紙面に垂直な方向を広幅面とした、紙面に垂直な方向に長く延びた直方体状の形状であり、図１は直方体状の形状の狭幅面側から見た図である。図１の左右両側の鉄皮１２及び耐火物からなる炉壁で挟まれた範囲に被乾留物を充填し、充填された被乾留物に対して、左右両側の炉壁に設置された各種羽口から乾留用のガスを吹き込んで熱交換を行う構造である。図１では、各種羽口を右側の炉壁のみに記載しているが、実際には、各種羽口は左右の炉壁の対称な位置に配置されている。

具体的には、フェロコークス製造用竪型乾留炉１は、その上部に、石炭粉と酸化鉄粉との混合物を塊成化した成型体を被乾留物として乾留する乾留室２を有し、また、その下部に、製造された乾留物を冷却ガスで冷却する冷却室３を有している。乾留室２と冷却室３とは連続しており、その境界を隔てるものは存在しない。乾留室２の上端部には、被乾留物装入装置４が設けられており、一方、冷却室３の下端部には、乾留物排出装置５が設けられている。

乾留室２には、高温の乾留ガスを乾留室２に供給するための高温羽口７と、中低温の乾留ガスを乾留室２に供給するための低温羽口８と、乾留室内の炉内ガスを抜き出すための循環ガス抜き出しダクト６と、が設けられている。また、冷却室３には、冷却ガスを冷却室３に供給するための冷却ガス吹き込み羽口９が設けられている。

循環ガス抜き出しダクト６から抜き出された炉内ガスは、必要に応じて冷却装置（図示せず）で冷却されてガス中のタールが除去され、その後、加熱器１０で加熱され、更に、バーナー１１で加熱されて高温羽口７を介して乾留室２に供給され、また、加熱器１０で加熱された後、低温羽口８を介して乾留室２に供給され、更に、加熱されずに冷却ガス吹き込み羽口９を介して冷却室３に供給されている。この場合、低温羽口８を介して乾留室２に供給されるガスは、必要に応じてバーナー１１で加熱されるように構成されている。

被乾留物装入装置４を介して乾留室２に装入された、石炭粉と酸化鉄粉とからなる成型体は、高温羽口７及び低温羽口８から供給される乾留ガスで加熱され、フェロコークスに乾留される。生成したフェロコークスは、冷却ガス吹き込み羽口９を介して供給されるガスによって冷却され、その後、乾留物排出装置５から炉外に排出される。

フェロコークス製造用竪型乾留炉１は、最外殻を鉄皮１２とし、鉄皮１２の内側に、例えば、厚み８０ｍｍの断熱キャスタブル（図示せず）が施工され、この断熱キャスタブルの内側に、厚み１５０ｍｍの耐火キャスタブル（図示せず）が施工されるなどして、構成されている。

本発明者らは、各羽口から供給される熱量を１００％としたときに炉壁の鉄皮１２からの放出熱量を評価した。その結果、炉壁から１４％もの熱が放出されていたこと、及び、鉄皮１２の温度が１４０℃に達することがわかった。

そこで、本発明者らは、炉壁からの放出熱量の抑止、及び、鉄皮１２の熱歪抑止のための対策を検討した。その結果、炉壁を構成する耐火物層のうち、背面側（鉄皮側）の耐火物層の熱抵抗（熱抵抗＝耐火物層の厚み／耐火物層の熱伝導率）が、内面側の耐火物層の熱抵抗よりも大きくなるように、施工する耐火物の材質（熱伝導率）及び厚みを設定した場合に、断熱が有効に寄与することが明らかとなった。また、下記の（１）式で定義される熱抵抗の和（Ｒ_Total）が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ以上となるときに、鉄皮温度が十分に低下することが明らかとなった。

その検討例を以下に示す。

室温での熱伝導率及び厚みが異なる３種類の耐火物材料を、表１に示す水準１〜３の３通りに組み合わせて耐火物層を形成し、そのときの放出熱量を評価した。尚、表１において、耐火物層の１層目が、炉体鉄皮から最も離れた、稼働面側の位置に配置される耐火物層であり、３層目が鉄皮の直近の内側に配置される耐火物層で、２層目は、１層目と３層目との間に配置される耐火物層である。尚、各耐火物層は接触している。

放出熱量の評価は、図２に示すように、３種類の耐火物材料を組み合わせて構成した試験耐火物層１３の片面をヒーター１６によって加熱し、反対側の鉄皮１５に向けて試験耐火物層１３の厚み方向の一方向に伝熱した熱量を、熱電対１７及び熱流センサー１８によって測定する装置を用いた。試験耐火物層１３の厚み方向の一方向に伝熱させるために、試験耐火物層１３の周囲には断熱材１４を配置した。

試験結果を図３に示す。図３に示すように、水準１〜３を比較すると、水準３では放出熱流束が低く、鉄皮１５の温度も低下した。

これらの結果を解析した結果、耐火物層の１層目、２層目、３層目の耐火物の熱伝導率をｋ₁、ｋ₂、ｋ₃（単位；Ｗ／(ｍ・Ｋ)）、厚みをＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃（単位；ｍ）として、各耐火物層の熱抵抗Ｒを、厚みと熱伝導率との比（Ｒ_i＝Ｌ_i／ｋ_i、単位；ｍ²・Ｋ／Ｗ、ｉ＝１、２、３）で定義したとき、Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃を満足するときに、鉄皮１５からの放出熱量が低位になることがわかった。

耐火物は多かれ少なかれ気孔を有する。この気孔内で空気の対流（自然対流）が起こり、高温ではその対流が盛んになることから、耐火物の見掛け上の熱伝導率が上昇する。一般的に、気孔率の高い耐火物は熱伝導率が低いことが知られている。そのため、気孔率の高い耐火物ほど高温では、見掛け上の熱伝導率が上昇しやすいことが推定される。したがって、Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃を満足するように、稼動面に近い耐火物には気孔率が小さく、熱伝導率が比較的高い材質を配し、背面つまり鉄皮側に行くにしたがって、逆に気孔率が高く、熱伝導率が比較的低い材質を配することで、適切なライニング構造が得られたと考えられる。

また、各耐火物の厚みを変化させて放出熱量を評価したところ、熱抵抗Ｒの和（Ｒ_Total）が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ以上となるときに、熱ロス低減効果が大きくなることも確認できた。これは、熱抵抗Ｒの和（Ｒ_Total）が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ未満では、熱抵抗が小さすぎ、鉄皮からの放熱が大きくなることに基づく。

ところで、乾留炉々体の熱歪は、その構造体の大きさから、乾留炉々体の１／１００００以下にするのが望ましいことが、別途調査で明らかとなっている。この熱歪を軽減するという観点から、フェロコークス製造用竪型乾留炉１の炉壁を構成する耐火物層の全体厚みは２００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下とすることが好ましい。２００ｍｍ未満の耐火物層厚みでは、鉄皮温度の上昇を招き、熱歪が１／１００００以上となって構造体の変形が無視できなくなる。また、５００ｍｍを超える耐火物層厚みでは、その厚みゆえに構造上の観点から熱応力による割れや亀裂進展が顕著となり、炉体寿命が低下してしまう可能性がある。また、建設コストも増大してしまう。

また、炉壁の最も内側の耐火物層の材質は、つまり、稼働面側の耐火物層の材質は、粘土質煉瓦であることが好ましい。粘土質煉瓦はＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃及びムライトから構成される焼成煉瓦であり、炭素含有煉瓦に比べて強度が高く、耐摩耗性に富むという利点を有する。更に、粘土質煉瓦は、体積安定性及び耐熱スポーリング性に対しても他の焼成煉瓦に比較して有利である。但し、その長さを調整して一定以上の熱抵抗を有するように煉瓦サイズを設定する必要がある。

本発明者らは、耐火物層の全体厚みを５００ｍｍ一定の３層構造とし、且つ、Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃という条件下で、鉄皮の直近の内側に配置される耐火物層の熱抵抗を変化させて、放出熱量を調査した。その結果を図４に示す。

図４に示すように、鉄皮のすぐ内側に配置される耐火物層の熱抵抗値の増加に伴って放出熱量は減少するが、熱抵抗値が０．８ｍ²・Ｋ／Ｗ以上では、熱抵抗値の変化に対する放出熱量の割合が急激に低下し、ほぼ一定の放熱量に近づくことがわかった。この結果から、鉄皮のすぐ内側の耐火物層には、熱抵抗向上のために、熱抵抗値が０．８ｍ²・Ｋ／Ｗ以上となる熱伝導率及び厚みの耐火物を配置することが好ましいことがわかった。この部位に配置する耐火物としては、具体的には、市販のマイクロポーラス断熱材など、ＳｉＯ₂系またはＡｌ₂Ｏ₃系のポーラス断熱材を適用することが好適である。

尚、上記は、熱抵抗の和（Ｒ_Total）や鉄皮のすぐ内側の耐火物層の熱抵抗の下限値に関して説明したが、ここで、これらの上限値を規定するならば、鉄皮のすぐ内側の耐火物層の熱抵抗は２．０ｍ²・Ｋ／Ｗ以下、熱抵抗の和（Ｒ_Total）は２．７ｍ²・Ｋ／Ｗ以下とすることが望ましい。

これは、鉄皮のすぐ内側の耐火物層の種類にもよるが、仮にガラスファイバー系耐火物を鉄皮のすぐ内側の耐火物として配置した場合、このガラスファイバー系耐火物の使用最高温度は７００℃程度である。鉄皮のすぐ内側の耐火物層の熱抵抗を２．０ｍ²・Ｋ／Ｗ以上とすると、その耐火物層の内面側温度は７００℃を超えてしまい、ガラスファイバー系耐火物の断熱性能が急激に劣化し、熱ロスが増大するばかりでなく、耐火物損傷の危険性が増加することに基づく。

以上説明したように、本発明によれば、フェロコークスの乾留プロセスにおいて、熱スポーリングによる炉壁耐火物の損傷を抑制しつつ、炉壁鉄皮からの熱ロスを大幅に低減させことが実現される。また、熱ロスの減少によって炉体鉄皮の温度が低下し、炉体鉄皮の熱歪を抑止することが可能となる。

図５に示す、小型乾留炉の炉壁を模擬した装置を用い、密閉雰囲気下で試験耐火物層の片面からヒーターによる熱を供給したときに耐火物層の反対側の面に配置した鉄皮から放出される熱量の評価を行った。図５において、符号１３は試験耐火物層、１４は断熱材、１５は鉄皮、１６はヒーター、１７は熱電対、１８は熱流センサー、１９は真空チャンバー、２０は真空ポンプである。

試験では、各耐火物層の耐火物の材質及び厚みを変更した。本発明例１〜４及び比較例１〜４の各耐火物層の構成及び調査結果を表２に示す。比較例１を除き、本発明例及び比較例ともに全体の耐火物層の厚みは０．５０ｍ（５００ｍｍ）とした。

本発明例１は、稼働面側の１層目に、室温での熱伝導率が２．２Ｗ／(ｍ・Ｋ)の高アルミナ煉瓦を０．２３ｍ（２３０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が０．２０Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱ボードを０．０７ｍ（７０ｍｍ）厚みで施工し、鉄皮側の３層目に、室温での熱伝導率が０．２６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．２０ｍ（２００ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は１．２２ｍ²・ｋ／Ｗであった。

本発明例２は、１層目に、室温での熱伝導率が２．６Ｗ／(ｍ・Ｋ)のムライト煉瓦を０．３０ｍ（３００ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が０．１６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．１０ｍ（１００ｍｍ）厚みで施工し、３層目に、室温での熱伝導率が０．０７Ｗ／(ｍ・Ｋ)のブランケット状断熱材を０．１０ｍ（１００ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は２．１７ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

本発明例３は、１層目に、室温での熱伝導率が１．６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の粘土質煉瓦を０．２３ｍ（２３０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が０．２６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．１５ｍ（１５０ｍｍ）厚みで施工し、３層目に、室温での熱伝導率が０．０７Ｗ／(ｍ・Ｋ)のブランケット状断熱材を０．１２ｍ（１２０ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は２．４３ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

本発明例４は、１層目に、室温での熱伝導率が１．２Ｗ／(ｍ・Ｋ)の粘土質煉瓦を０．３６ｍ（３６０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が０．１６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．１０ｍ（１００ｍｍ）厚みで施工し、３層目に、室温での熱伝導率が０．０２Ｗ／(ｍ・Ｋ)のマイクロポーラス断熱材を０．０４ｍ（４０ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は２．９３ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

これに対し、比較例１は、１層目に、室温での熱伝導率が２．２Ｗ／(ｍ・Ｋ)の高アルミナ煉瓦を０．２３ｍ（２３０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が０．２０Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱ボードを０．０７ｍ（７０ｍｍ）厚みで施工した。比較例１は、２層構造とした。耐火物層の熱抵抗の和は０．４５ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

比較例２は、１層目に、室温での熱伝導率が２．６Ｗ／(ｍ・Ｋ)のムライト煉瓦を０．３６ｍ（３６０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が０．２０Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱ボードを０．１０ｍ（１００ｍｍ）厚みで施工し、３層目に、室温での熱伝導率が０．２６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．０４ｍ（４０ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は０．７９ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

比較例３は、１層目に、室温での熱伝導率が０．２０Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱ボードを０．０７ｍ（７０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が２．２Ｗ／(ｍ・Ｋ)の高アルミナ煉瓦を０．２３ｍ（２３０ｍｍ）厚みで施工し、３層目に、室温での熱伝導率が０．２６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．２０ｍ（２００ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は１．２２ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

比較例４は、１層目に、室温での熱伝導率が１．２Ｗ／(ｍ・Ｋ)の粘土質煉瓦を０．３６ｍ（３６０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に、室温での熱伝導率が０．０２Ｗ／(ｍ・Ｋ)のマイクロポーラス断熱材を０．０４ｍ（４０ｍｍ）厚みで施工し、３層目に、室温での熱伝導率が０．１６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．１０ｍ（１００ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は２．９３ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

本発明例、比較例ともに９００℃で１６８時間、Ｎ₂−２０体積％Ｈｅの雰囲気で保持し、その時点における鉄皮の表面温度及び鉄皮表面からの放出熱流束を評価した。その結果を表２に示す。

Ｒ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃とし、熱抵抗の和が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ以上である本発明例１〜４は、熱抵抗の和が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ未満である比較例１、２と比べると鉄皮温度が７０℃以下となり、放出熱流束が低位となった。

また、熱抵抗の和が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ以上で且つＲ₁＜Ｒ₂＜Ｒ₃である本発明例３、４と、熱抵抗の和が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ以上であるものの、Ｒ₂＜Ｒ₁＜Ｒ₃である比較例３、及び、Ｒ₁＜Ｒ₃＜Ｒ₂である比較例４とを、それぞれ比較すると、本発明例３、４の方が、放出熱流束が低位であった。特に、熱抵抗の和が同一である本発明例４と比較例４とを比べると、本発明例４の方が、放出熱流束が低位であった。

内容積が２０ｍ³の実験用フェロコークス製造用竪型乾留炉を２基建設し、耐火物のライニング構造を変更する試験を実施した。具体的には、一方の実験用フェロコークス製造用竪型乾留炉を、本発明の範囲内のライニング構造（本発明例５）で施工し、他方の実験用フェロコークス製造用竪型乾留炉を、本発明の範囲外のライニング構造（比較例５）で施工し、炉内温度を９００℃とし、所定期間（６ヶ月、稼働率８０％）フェロコークスの乾留操業を実施した時点で、各耐火物層の温度分布、鉄皮温度、放出エネルギー量及び炉壁耐火物の損傷状況（概観観察）を評価した。

表３に、本発明例５及び比較例５の耐火物層の構成及び調査結果を示す

本発明例５は、実施例１に示す本発明例４と同様のライニング構造であり、１層目に室温での熱伝導率が１．２Ｗ／(ｍ・Ｋ)の粘土質煉瓦を０．３６ｍ（３６０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に室温での熱伝導率が０．１６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．１０ｍ（１００ｍｍ）厚みで施工し、３層目に室温での熱伝導率が０．０２Ｗ／(ｍ・Ｋ)のマイクロポーラス断熱材を０．０４ｍ（４０ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は２．９３ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

これに対し、比較例５は、１層目に室温での熱伝導率が１．１３Ｗ／(ｍ・Ｋ)の耐火キャスタブルを０．１５ｍ（１５０ｍｍ）厚みで施工し、続く２層目に室温での熱伝導率が０．２６Ｗ／(ｍ・Ｋ)の断熱キャスタブルを０．０８ｍ（８０ｍｍ）厚みで施工した。耐火物層の熱抵抗の和は０．４４ｍ²・Ｋ／Ｗであった。

各耐火物層の温度分布を図６に示し、鉄皮温度、放出エネルギー量及び炉壁耐火物の損傷状況を表３に示す。

本発明例５では、比較例５に対して、鉄皮温度が低位となり、エネルギーロス量も大きく低下した。また、１層目耐火物の状況を比較すると、本発明例５では比較的微細なヘアークラックのみが観察されたのに対し、比較例５では大きな割れや亀裂が発生した。

以上の結果より、本発明を適用することによって、熱ロスを大幅に低減させ、炉体構造の熱歪を抑止しつつ損傷の少ないフェロコークスの乾留操業が可能となることが明らかになった。

１ フェロコークス製造用竪型乾留炉
２ 乾留室
３ 冷却室
４ 被乾留物装入装置
５ 乾留物排出装置
６ 循環ガス抜き出しダクト
７ 高温羽口
８ 低温羽口
９ 冷却ガス吹き込み羽口
１０ 加熱器
１１ バーナー
１２ 鉄皮
１３ 試験耐火物層
１４ 断熱材
１５ 鉄皮
１６ ヒーター
１７ 熱電対
１８ 熱流センサー
１９ 真空チャンバー
２０ 真空ポンプ

Claims (4)

1. 上部に、被乾留物を加熱用乾留ガスによって乾留する乾留室を有し、下部に、前記被乾留物から製造された乾留物を冷却ガスによって冷却する冷却室を有するフェロコークス製造用竪型乾留炉において、
   前記フェロコークス製造用竪型乾留炉は、その最外殻を鉄皮とし、該鉄皮の内側に２層以上の耐火物層が施工されて構成されており、前記耐火物層を構成するそれぞれの耐火物の室温での熱伝導率ｋ（Ｗ／(ｍ・Ｋ)）と厚みＬ（ｍ）とから、各耐火物層の熱抵抗Ｒを、厚みＬと熱伝導率ｋとの比（Ｒ＝Ｌ／ｋ、単位；ｍ²・Ｋ／Ｗ）で定義したとき、
   前記耐火物層は、鉄皮側の耐火物層の熱抵抗Ｒの方が内面側の耐火物層の熱抵抗Ｒよりも大きくなり、且つ、下記の（１）式で定義される熱抵抗Ｒの和（Ｒ_Total）が１．２ｍ²・Ｋ／Ｗ以上となるように、施工されていることを特徴とするフェロコークス製造用竪型乾留炉。
   

   
2. 前記耐火物層は、耐火物の全体厚みが２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のフェロコークス製造用竪型乾留炉。
3. 前記耐火物層のうちで最も内側の耐火物層は、粘土質煉瓦で構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のフェロコークス製造用竪型乾留炉。
4. 前記鉄皮の直近の内側には、熱抵抗Ｒが０．８ｍ²・Ｋ／Ｗ以上の耐火物層が施工されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフェロコークス製造用竪型乾留炉。

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