JP5367442B2

JP5367442B2 - 炉体構造

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Publication number: JP5367442B2
Application number: JP2009108087A
Authority: JP
Inventors: 学小原
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: JP2010255959A

Description

本発明は、耐火物層によって形成された底部及び側壁部を備える炉の炉体構造に関するものである。

溶解炉、溶融炉、製銑用炉、製鋼用炉などの炉は、一般的に、外郭鉄皮の内側に多数の耐火れんがを組み上げて構築された炉体構造を有しており、耐火れんがが損傷すると、これを取り崩して新しい耐火れんがに張り替えられる。ここで、炉の内壁においては、溶融金属やスラグと接触する部分、すなわちスラグラインより下方では損傷が激しいが、スラグラインより上方では損傷の程度が軽い。そのため、損傷した耐火れんがを交換するために、炉の全体について耐火れんがを張り替えることは、経済的にも資源の有効利用の点からも無駄が大きい。

そこで、従来、図５に示すように、スラグラインＳＬより高い位置に、炉１００の内周壁に沿って金属製の載置棚１０１を取り付け、この載置棚をキャスタブル耐火物層１０２に埋設した上で、載置棚の上方及び下方にそれぞれ耐火れんが層１１１，１１２を構築する炉体構造が提案されている（特許文献１参照）。かかる構成とすることにより、上方の耐火れんが層１１１は載置棚１０１によって支持されているため、下方の耐火れんが１１２を取り崩す際に脱落あるいは崩壊するおそれがない。そのため、載置棚１０１より下方の損傷の著しい耐火れんが１１２のみを張り替え、損傷の少ない上方の耐火れんが１１１は継続して使用することが可能となる。

しかしながら、上記の炉は非常に高い温度下で使用されるため、金属製の載置棚１０１は高温により変形するおそれがあった。また、載置棚１０１が埋設されているキャスタブル耐火物層１０２に亀裂や剥離が生じた場合には、金属製の載置棚１０１が酸化により劣化するおそれや、溶融金属や溶融スラグの浸入により溶損するおそれがあった。そして、載置棚１０１が変形、酸化、或いは溶損すると、載置棚１０１による耐火れんが層１１１の支持が不安定となるため、下方の耐火れんが１１２を取り崩す際に上方の耐火れんが１１１まで崩れてしまい、損傷の少ない耐火れんが１１１を有効に利用できなくなるおそれがあった。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、耐火物層によって形成された底部及び側壁部を備える炉の炉体構造であって、損傷の少ない部位の耐火物層を有効に利用することができる炉体構造の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる炉体構造は、「耐火物層によって形成された底部及び側壁部を備える炉の炉体構造であって、前記底部は、底部内張り層、及び該底部内張り層の外側に設けられた底部裏張り層を備え、前記側壁部は、前記底部の周縁から立設された下側壁部、及び該下側壁部から上方に延設された上側壁部に、溶融金属やスラグを含む内容物に前記側壁部を接触させる上限高さであるスラグラインより高い位置で分割されており、前記下側壁部は、下側壁部内張り層、及び該下側壁部内張り層の外側に設けられた下側壁部裏張り層を備え、前記上側壁部は前記下側壁部裏張り層に載置されていると共に、前記下側壁部裏張り層は前記底部裏張り層に載置されている」ものである。

上記構成の炉体構造においては、「下側壁部内張り層」及び「底部内張り層」（以下、「内張り層」と総称することがある）は、共に溶融金属やスラグなどの内容物との接触により損傷する層（ワークライニング）であるため、適時の交換が想定される。一方、「下側壁部裏張り層」及び「底部裏張り層」（以下、「裏張り層」と総称することがある）は、内容物と接触することがなく損傷が少ないため、内張り層ほど頻繁に取り換える必要はなく、継続的に使用することが可能な層（パーマライニング）である。

本発明では、上側壁部は下側壁部裏張り層に載置されており、その下側壁部裏張り層は更に底部裏張り層に載置されている。すなわち、上側壁部は頻繁に取り換えなくても良い裏張り層に支持されているため、内張り層の取り換えによって影響を受けることがなく、内張り層の交換の際に脱落あるいは崩壊することがない。

そして、上側壁部と下側壁部との境界を、スラグライン（側壁部が溶融金属やスラグなどの内容物に接触する部分の上限高さ）より高い位置に設定すれば、上側壁部は内容物に直接には接触しないため、損傷の程度は非常に軽いものとなる。

従って、上記構成の本発明によれば、上側壁部と下側壁部との分割位置の設定により、上側壁部の損傷を少なくすることができると共に、上側壁部の耐火物層の交換頻度を内張り層の交換頻度に比べて低減し、長期間使用することが可能となる。これにより、損傷の少ない上側壁部の耐火物層を構成する耐火物を、資源として有効に利用することができると共に、炉の改修を低コストで、短い工期で行うことができる。

また、従来の炉体構造では、高温下で変形するおそれや溶損するおそれのある金属製の載置棚で上側壁部を支えていたところ、本発明では、耐熱性及び耐食性の高い耐火物層で上側壁部を支えているため、安定的に上側壁部を支持することができる。

加えて、上側壁部を支えるために、載置棚という特別な構成を付加する必要があった従来の炉体構造とは異なり、本発明では、もともと炉を構築する要素である耐火物層によって上側壁部を支えているため、構成が簡易であり、施工も容易である。

ここで、「内張り層」は、耐火れんが、或いは不定形耐火材料を予め鋳込み成形した後に乾燥させたプレキャストブロックを、組み上げて耐火モルタルで接合した耐火物層により形成することができる。或いは、キャスタブル耐火材料の鋳込み成形、振動成形、吹付けにより形成した耐火物層とすることもできる。一方、「上側壁部」及び「裏張り層」は、長期の使用が想定される耐火物層であり、耐火れんがやプレキャストブロックを組み上げた耐火物層により形成することができる。

本発明にかかる炉体構造は、上記構成に加え、「前記下側壁部裏張り層は、前記上側壁部を載置する載置面に向かって内側に張り出すように傾斜した裏張り層傾斜部を備え、前記下側壁部内張り層は、前記裏張り層傾斜部と当接するように傾斜した内張り層傾斜部を備える」ものである。

上記構成によれば、上側壁部との境界近くの下側壁部では、「下側壁部裏張り層」の厚さが大きくなり、これに応じて「下側壁部内張層」の厚さが薄くなっている。換言すれば、下側壁部裏張り層及び下側壁部内張り層を合わせた下側壁部の厚さが一定であれば、上記構成とすることにより、下側壁部裏張り層が上側壁部を載置している載置面の面積が大きなものとなる。これにより、下側壁部裏張り層によって上側壁部を、より安定的に支えることができる。

以上のように、本発明の効果として、耐火物層によって形成された底部及び側壁部を備える炉の炉体構造であって、損傷の少ない部位の耐火物層を有効に利用することができる炉体構造を、提供することができる。

本発明の第一実施形態の炉体構造を備える炉の（ａ）縦方向の半断面図、及び（ｂ）内張り層を除去した状態の縦方向の半断面図である。本発明の第二実施形態の炉体構造を備える炉の縦方向の半断面図である。下側壁部に排出口を有する炉の一例を示す横断面図である。下側壁部に排出口を有する炉の他の例について、排出口近傍の下側壁部裏張り層の構成を説明する図である。従来の炉体構造を備える炉の縦方向の半断面図である。

以下、本発明の第一実施形態の炉体構造について説明する。なお、本実施形態では、焼却灰、廃棄物、有価金属含有回収物等を溶解する溶解炉に、本発明の炉体構造を適用した場合について説明する。

第一実施形態の炉体構造は、図１（ａ）に示すように、耐火物層によって形成された底部１０及び側壁部２０を備える炉１（以下、単に「炉１」と称する）の炉体構造であって、底部１０は、底部内張り層１０ｗ、及び底部内張り層１０ｗの外側に設けられた底部裏張り層１０ｐを備え、側壁部２０は、底部１０の周縁から立設された下側壁部２２、及び下側壁部２２から上方に延設された上側壁部２１に分割されており、下側壁部２２は、下側壁部内張り層２２ｗ、及び下側壁部内張り層２２ｗの外側に設けられた下側壁部裏張り層２２ｐを備え、上側壁部２１は下側壁部裏張り層２２ｐに載置されていると共に、下側壁部裏張り層２２ｐは底部裏張り層１０ｐに載置されている。

より詳細に説明すると、底部１０及び側壁部２０を構成する耐火物層は、有底円筒形の鉄皮９の内側に設けられている。また、本実施形態では、上側壁部２１、下側壁部裏張り層２２ｐ、底部裏張り層１０ｐ、下側壁部内張り層２２ｗ、及び底部内張り層１０ｗを構成する耐火物層は、何れも複数の耐火れんがを耐火モルタルで接合しつつ組み上げて形成されている。また、上側壁部２１と下側壁部２２との境界は、スラグラインＳＬより高い位置となるように設定されている。

なお、第一実施形態の下側壁部裏張り層２２ｐは、高さ方向に沿って同一の厚さに形成されている。また、上側壁部２１と下側壁部内張り層２２ｗとの間には、キャスタブル耐火材料を用いた充填層２７が設けられている。

上記構成の炉体構造を有する炉１を用いて、焼却灰、廃棄物、有価金属含有回収物等の溶解処理を行うと、溶融した金属やスラグが耐火物層の表面と接触し、また耐火物層内に浸入することに起因して耐火物層が変質し、亀裂や剥離が生じるなど、内張り層１０ｗ，２２ｗの耐火物層が損傷する。また、耐火物が溶融金属と化学的に反応して溶出し、或いは、流動する溶融金属によって物理的に浸食されることによっても、内張り層１０ｗ，２２ｗの耐火物層が損傷する。一方、裏張り層１０ｐ，２２ｐの耐火物層は、溶融金属やスラグに接触することはないため損傷は少ない。

また、上側壁部２１もスラグラインＳＬより上方にあって、溶融金属やスラグに直接的に接触することはないため、溶融金属の飛沫や排ガスとの接触、高温で加熱されることにより徐々に損傷するものの、損傷の程度は内張り層１０ｗ，２２ｗに比べれば非常に軽い。

内張り層１０ｗ，２２ｗの耐火物層の損傷がある程度進行したら、図１（ｂ）に示すように、裏張り層１０ｐ，２２ｐはそのまま残し、内張り層１０ｗ，２２ｗのみを除去する。このとき、下側壁部裏張り層２２ｐは底部裏張り層１０ｐに載置されているため、内張り層１０ｗ，２２ｗの除去に伴って崩壊することはない。更に、上側壁部２１は、下側壁部裏張り層２２ｐを介して、底部裏張り層１０ｐに支持されているため、内張り層１０ｗ，２２ｗの除去に伴って脱落したり崩壊したりすることはない。従って、上側壁部２１の耐火物層の交換頻度を、内張り層１０ｗ，２２ｗの交換頻度に比べて低減し、長期間使用することが可能となる。

また、本実施形態では、上側壁部２１の耐火れんがと下側壁部裏張り層２２ｐの耐火れんがは、きっちりと当接するように組み上げられているのではなく、両層間にはキャスタブル耐火材料による充填層２７が設けられているため、上側壁部２１を残して下側壁部内張り層２２ｗを取り崩す作業が行い易いものとなっている。

次に、第二実施形態の炉体構造について、図２を用いて説明する。なお、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第二実施形態の炉体構造は、耐火物層によって形成された底部１０及び側壁部２０を備える炉２（以下、単に「炉２」と称する）の炉体構造であって、下側壁部裏張り層２２’ｐ及び下側壁部内張り層２２’ｗの形状において第一実施形態の炉体構造と相違している。より詳細には、下側壁部裏張り層２２’ｐは、上側壁部２１を載置する載置面３０に向かって内側に張り出すように傾斜した裏張り層傾斜部３１を備え、下側壁部内張り層２２’ｗは、裏張り層傾斜部３１と当接するように傾斜した内張り層傾斜部３２を備えている。

従って、第二実施形態の下側壁部裏張り層２２’ｐは、高さ方向に沿って厚さが同一であった第一実施形態の下側壁部裏張り層２２ｐと比べ、上側壁部２１を載置している載置面３０の面積が大きなものとなっている。これにより、下側壁部裏張り層２２’ｐによって、より安定的に上側壁部２１を支えることができる。

上記のように、第一実施形態及び第二実施形態の炉体構造によれば、スラグラインＳＬより上方に位置して損傷の少ない上側壁部２１が、下側壁部裏張り層２２ｐ，２２’ｐを介して底部裏張り層１０ｐによって支持されているため、上側壁部２１が脱落あるいは崩壊するおそれなく、内張り層１０ｗ，２２ｗの張り替えを行うことができる。これにより、上側壁部２１の耐火物層の交換頻度を内張り層１０ｗ，２２ｗの交換頻度に比べて低減し、損傷の少ない上側壁部２１を長期間有効に利用することができる。加えて、炉１，２の改修に要する工期を短縮し、コストを低減することができる。

なお、上記では、本発明を溶解炉に適用した実施形態について、縦方向の半断面図を用いて説明しているが、これらの半断面図は、スラグや溶融金属の排出口が設けられていない部位についての炉体構造を図示したものである。また、底部に電極が挿通されている種類の溶解炉もあるが、このような電極など、本発明の炉体構造とは関係のない構成については図示を省略している。

ここで、下側壁部に排出口を有する炉においては、図３に示すように、排出口４１が設けられていない部位の炉体（図示、Ａ範囲）に本発明の炉体構造を適用し、排出口４１周りの耐火物層４２については、内張り層及び裏張り層の区別なく全部を交換すると良い。このようにしても、全体について耐火物層を交換していた従来の炉に比べて、損傷の少ない部位の耐火物層を有効に利用し、炉の改修の工期を短縮すると共にコストを低減するという効果は、十分に得ることができる。

或いは、下側壁部において底部近傍に排出口を有する炉など、図４に例示するように、下側壁部裏張り層において、排出口４３の上方では耐火れんがをアーチ形に組み上げることによって下側壁部裏張り層２２ｐｕを形成しても良い。このような構成とすることにより、下側壁部裏張り層２２ｐｕが周囲の下側壁部裏張り層２２ｐｓによって支持されるように力が作用する。そのため、排出口４３が設けられている排出口ブロック４４を交換する際に、排出口ブロック４４及びその周りの接合層４５を取り崩しても、排出口４３の上方の下側壁部裏張り層２２ｐｕが脱落したり崩壊したりすることはない。従って、下側壁部裏張り層２２ｐｕ，２２ｐｓは底部裏張り層に支持され、上側壁部は下側壁部裏張り層２２ｐｕ，２２ｐｓを介して底部裏張り層に支持されるという、本発明の炉体構造を適用することができる。

また、図示は省略するが、底部に排出口を有する炉の場合、排出口の周囲の耐火物層については内張り層及び裏張り層の区別なく交換することとし、それ以外の部位について、本発明の炉体構造を適用することが望ましい。

なお、上側壁部において、処理対象物の投入口やのぞき窓などの開口部が設けられている炉の場合、このような開口部を含めた上側壁部を、下側壁部裏張り層及び底部裏張り層で支持させることにより、本発明の炉体構造を問題なく適用することができる。

＜実施例＞
上側壁部、下側壁部裏張り層、及び、底部裏張り層を、クロミアを１０重量％含有するアルミナ−クロム質耐火れんがを組み上げて形成すると共に、下側壁部内張り層及び底部内張り層を、クロミアを３０重量％含有するアルミナ−クロム質耐火れんがを組み上げて形成し、第一実施形態と同一構成の炉体構造を有する炉を構築した。下側壁部内張り層及び底部内張り層は、損傷により年に３〜４回の張り替えを行うことが必要であった。一方、上側壁部は損傷が少なく、下側壁部内張り層及び底部内張り層の張り替えの際にも脱落・崩壊することがなかったため、約１年間継続して使用することが可能であった。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記では、上側壁部、下側壁部裏張り層、下側壁部内張り層、底部裏張り層、及び、底部内張り層が、何れも耐火れんがを組み上げて形成されている場合を例示したが、耐火物層の種類はこれに限定されず、プレキャストブロックを組み上げて形成することもできる。また、下側壁部内張り層及び底部内張り層を構成する耐火物層を、キャスタブル耐火材料の鋳込成形や吹き付け成形により形成された耐火物層とすれば、耐火れんがやプレキャストブロックを組み上げる場合に比べて、耐火性は劣るものの施工が容易である。また、キャスタブル耐火材料による内張り層は、目地のない構成となるため、溶融金属や溶融スラグの目地を介した浸入を回避することができる。

１，２炉
１０底部
１０ｗ底部内張り層
１０ｐ底部裏張り層
２０側壁部
２１上側壁部
２２下側壁部
２２ｗ，２２’ｗ下側壁部内張り層
２２ｐ，２２’ｐ，２２ｐｕ，２２ｐｓ下側壁部裏張り層
３０載置面
３１裏張り層傾斜部
３２内張り層傾斜部

特開２００４−２６３９９１号公報

Claims

耐火物層によって形成された底部及び側壁部を備える炉の炉体構造であって、
前記底部は、底部内張り層、及び該底部内張り層の外側に設けられた底部裏張り層を備え、
前記側壁部は、前記底部の周縁から立設された下側壁部、及び該下側壁部から上方に延設された上側壁部に、溶融金属やスラグを含む内容物に前記側壁部を接触させる上限高さであるスラグラインより高い位置で分割されており、
前記下側壁部は、下側壁部内張り層、及び該下側壁部内張り層の外側に設けられた下側壁部裏張り層を備え、
前記上側壁部は前記下側壁部裏張り層に載置されていると共に、前記下側壁部裏張り層は前記底部裏張り層に載置されており、
前記下側壁部裏張り層は、前記上側壁部を載置する載置面に向かって内側に張り出すように傾斜した裏張り層傾斜部を備え、
前記下側壁部内張り層は、前記裏張り層傾斜部と当接するように傾斜した内張り層傾斜部を備える
ことを特徴とする炉体構造。