JP5420878B2 - 炉構造 - Google Patents

Description

本発明は、金属溶解炉の炉壁用として好適な炉構造の技術に関する。

従来、例えば金属溶解炉の炉壁として用いられる炉構造として、溶湯（溶融金属）が存在する炉内に対して内側から、耐火材、断熱材、金属製の外壁のそれぞれからなる層構造を備える構成がある。つまり、炉内に対する炉壁として、耐火材により構成される耐火層と、断熱材により構成される断熱層と、金属製の外壁とからなる断熱構造が構成される。
かかる構造においては、断熱材や耐火材等の固定用として、Ｙ型スタッドやスタッドボルトやアンカー等の金属治具が用いられる。具体的には次のとおりである。

すなわち、図８に示すように、従来の炉構造においては、鉄皮として、あるいはＳＵＳ（ステンレス鋼）等により構成される金属製の外壁１０４に対して、炉内１０１側となる内壁面１０４ａに、例えばＹ型スタッド等の金属治具１０５が固定される。ここで、金属治具１０５は、外壁１０４に対して溶接等により直接接合される。そして、スタッド面（金属治具１０５が突出する面となる内壁面１０４ａ）に対して、煉瓦等の断熱材が積層される等して断熱層１０３が形成された後、その内側（炉内１０１側）に、所定の形状の型枠等が用いられてキャスタブル耐火物等が流し込まれること等により耐火層１０２が形成される。これにより、炉内１０１に対する断熱構造が構成される。

このような炉構造は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、溶湯容器の保熱蓋において、上記のような炉構造が採用されている。具体的には、外枠（鉄皮）内に設けられる耐火材が、溶湯側に位置する耐火物キャスタブル（耐火層）と、外枠側に位置する断熱材としてのセラミックファイバー（断熱層）との二層構造とされている。そして、耐火材を外枠に固定するため、Ｙ型形状を有するアンカー金物が用いられている。

しかし、図８に示すような従来の炉構造においては、次のような問題がある。すなわち、耐火材等の固定用としての金属治具１０５が、金属製の外壁１０４に直接接合されていることから、金属治具１０５と外壁１０４との間で金属間熱伝導が発生する。このため、炉内１０１から、耐火層１０２、断熱層１０３、外壁１０４の各層間における熱伝導以上の熱放散が発生する（矢印Ｘ参照）。つまり、炉内１０１から外壁１０４への熱伝導について、金属治具１０５による金属間熱伝導が発生する分、前記各層による熱伝導量が多くなる。したがって、従来の炉構造は、外壁１０４からの熱放散が多く、熱効率が低い。

そこで、従来の炉構造において、断熱強化を図るため、断熱層厚（前記各層の厚さ）を厚くすることが考えられる。しかし、断熱層厚が厚くなると、炉の設置面積に対する炉内容積が縮小する。つまり、断熱層厚が厚くなると、その分、平面占有スペースが大きくなるため、炉内容積の確保が困難となる。また、断熱層厚を厚くすることは、コストの増大を招く。

一方で、炉構造としては、例えば特許文献２に開示されているものがある。特許文献２では、炉構造の改善を図るため、炉壁が、内殻と外殻とからなる二重構造とされ、内殻と外殻との間に減圧密室が形成されている。そして、内殻と外殻が対向する面に、鏡面めっき層等の輻射反射層が形成されている。

確かに、特許文献２の構成によれば、炉外への熱放散が減少し、熱効率の向上が図れると考えられる。しかし、特許文献２の構成は、構造が複雑であり、高価である。すなわち、特許文献２の構成は、外壁が内殻と外殻とからなる二重構造であるため、炉構造が基本的に複雑となる。加えて、特許文献２の構成が例えば真空溶解炉等に備えられる減圧設備を備えない溶解炉に適用される場合、内殻と外殻との間の減圧密室を減圧するために、溶解炉設備とは別に減圧設備を設置する必要が生じる。このため、設備費が増大し、構造が複雑となる。
実開平７−２６０５６号公報 特開平１１−３３５１１４号公報

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、余剰な設備投資を行ったり構造の複雑化を招いたりすることなく、外壁からの熱放散を低減することができ、熱効率を向上することができる炉構造を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、炉内に対して構成される炉構造であって、前記炉内側に設けられ耐火材により構成される耐火層と、該耐火層の外側に設けられ断熱材により構成される断熱層と、該断熱層の外側に設けられる金属製の外壁と、前記断熱層の前記炉内側に突出した状態で前記断熱層に支持され前記耐火材を前記断熱層に対して保持するための金属治具とを備え、前記断熱材は、該断熱材の上面に前記金属治具を挿通するための開口部が形成され、該開口部に連続する、前記金属治具を係止可能な係止溝を有し、前記金属治具は、前記係止溝に係止することで、前記外壁に対して間隔を隔てた状態で、前記断熱層に支持され、前記耐火層、前記断熱層、前記外壁、および前記金属治具が、全体として略円筒状の炉壁を構成するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、余剰な設備投資を行ったり構造の複雑化を招いたりすることなく、外壁からの熱放散を低減することができ、熱効率を向上することができる。

本発明は、例えば金属溶解炉の炉壁等に採用される炉構造において、外壁の内側に設けられる耐火材等を保持するための金属治具を、金属製の外壁に対して非接触状態で（縁切りさせた状態で）支持することにより、金属治具と外壁との間の金属間熱伝導の発生を防止しようとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では、本発明に係る炉構造が金属溶解炉に適用される場合を例に説明する。

図１に示すように、本実施形態の炉構造は、金属溶解炉において溶湯（溶融金属）が存在する炉内１に対して構成されるものであり、耐火層２と、断熱層３と、金属製の外壁４と、金属治具としてのＹスタッド５とを備える。つまり、本実施形態の炉構造は、金属溶解炉において、炉内１に対して炉壁として構成される断熱構造である。

耐火層２は、炉内１側に設けられ耐火材１２により構成される。耐火材１２としては、例えば、キャスタブル耐火物やプラスチック耐火物等が用いられる。キャスタブル耐火物は、耐火骨材に耐火性セメント等が配合された材料であり、水が加えられることで、流し込み等により施工される。プラスチック耐火物は、耐火骨材や耐火粘土粉末等との混合物に水等が加えられることで構成される材料であり、打ち込み等により施工される。

断熱層３は、耐火層２の外側に設けられ断熱材１３により構成される。断熱材１３としては、例えば、耐熱煉瓦や断熱ボード等の定形材が用いられる。つまり、断熱層３は、耐熱煉瓦や断熱ボード等の断熱材１３が積層されることにより構成される。

金属製の外壁４は、金属溶解炉の外板である。つまり、金属溶解炉は、外壁４によって炉壁部分の外側が覆われる。外壁４は、例えば、鉄皮として、あるいはＳＵＳ（ステンレス鋼）等により構成される。

Ｙスタッド５は、断熱層３の炉内１側（図１において右側）に突出した状態で断熱層３に支持され耐火材１２を断熱層３に対して保持するためのものである。Ｙスタッド５は、Ｙ字形状の分岐側（Ｙ字の上側、以下「分岐側」という。）が断熱層３の内側面から突出した状態で支持される。つまり、Ｙスタッド５は、分岐側と反対側（Ｙ字の下側、以下「先端側」という。）の部分が、断熱層３に埋没した状態で支持される。

Ｙスタッド５が断熱層３に支持された状態、つまりＹスタッド５の分岐側が断熱層３の内側面から突出した状態で、耐火材１２が施工されることで、Ｙスタッド５が耐火材１２に固定される。これにより、耐火材１２が、Ｙスタッド５を介して断熱層３に固定され保持された状態となる。なお、本実施形態では、耐火材１２を保持するための金属治具としてＹスタッド５が用いられているが、金属治具としては、Ｙスタッドのほか、例えば、スタッドボルトやアンカー等が用いられる。

そして、本実施形態の炉構造においては、断熱材１３が、金属治具としてのＹスタッド５を係止可能な係止溝２０を有し、Ｙスタッド５が、係止溝２０に係止することで、外壁４に対して間隔を隔てた状態で、断熱層３に支持される。言い換えると、Ｙスタッド５が、断熱材１３に形成される係止溝２０により断熱材１３に係止されるとともに、外壁４に対して間隔を隔てた状態で、断熱層３に支持される。すなわち、外壁４の内側に設けられる断熱材１３において、外壁４の内壁面４ａから隔てた位置に、Ｙスタッド５を係止可能な係止溝２０が形成されており、前記のとおり断熱層３から突出した状態となるＹスタッド５が係止溝２０に係止することで断熱材１３に支持される。

係止溝２０は、所定の係止形状を有し、Ｙスタッド５を断熱材１３に対して係止させる。本実施形態では、係止溝２０は、図１に示すような断面視（平面断面視）で略Ｔ字状の係止形状を有する。具体的には、係止溝２０は、Ｙスタッド５の断熱層３からの突出方向（以下単に「突出方向」という。）に沿って形成される支持部２０ａと、Ｙスタッド５の突出方向に対して略垂直方向（外壁４の壁面に対して略平行方向）に形成される係止部２０ｂとを有する。

図２に示すように、係止溝２０は、断熱材１３の上面１３ａに対して略Ｔ字状に開口する。また、係止溝２０の支持部２０ａは、断熱層３において耐火層２側（図２において右側）の面を形成する内側面１３ｂに対して孔状に開口する。つまり、係止溝２０は、断熱材１３において上面１３ａ側から内側面１３ｂ側にかけて連続して開口する溝状部分である。係止溝２０は、例えば、断熱材１３に対して切削等によるスリット加工が施されることにより形成される。

断熱材１３に形成される係止溝２０に対し、Ｙスタッド５は、係止溝２０によって断熱材１３に係合するための部分として、係止部５ａを有する。係止部５ａは、Ｙスタッド５において棒状の部分である先端側の部分に対して略垂直方向に形成される円板状の部分である。つまり、係止部５ａは、Ｙスタッド５の先端側において、板面の方向をＹスタッド５の突出方向に対して略垂直方向とする円板状の部分として形成される。係止部５ａは、その一側の板面の略中央位置に、Ｙスタッド５の先端側の棒状の部分が位置するように形成される。このように、Ｙスタッド５は、円板状の係止部５ａを有することにより、側面視等において先端側の部分が略Ｔ字状となる。

以上のような構成において、Ｙスタッド５は、係止溝２０に対し、断熱材１３の上面１３ａの開口部側から嵌め込まれることにより、断熱材１３に係止される。すなわち、図２に示すように、Ｙスタッド５が有する係止部５ａを含む略Ｔ字状の部分が、断熱材１３の上面１３ａ側における係止溝２０の略Ｔ字状の開口形状に対応するように、係止溝２０に対して嵌め込まれる（矢印Ａ２参照）。詳細には、Ｙスタッド５は、係止溝２０に対し、係止部５ａの部分が係止部２０ｂに、先端側の棒状の部分が支持部２０ａに、それぞれ対応した状態で嵌め込まれる。

このようにして、Ｙスタッド５は、係止溝２０により、断熱材１３に取り付けられ支持された状態、つまり断熱材１３に係止された状態となる。断熱材１３に係止された状態のＹスタッド５については、分岐側の部分が、係止溝２０の支持部２０ａの内側面１３ｂに対する開口部から（断熱層３の内側面から）突出した状態となる。

断熱材１３に形成される係止溝２０は、断熱材１３に係止された状態のＹスタッド５との関係において、Ｙスタッド５との間に所定の大きさのスキマができるように形成される。言い換えると、Ｙスタッド５の係止溝２０に嵌め込まれた部分の周囲に、係止溝２０を形成する壁面に対する所定の大きさのスキマが生じる。このＹスタッド５の係止溝２０に対するスキマは、Ｙスタッド５が炉内１からの熱で熱膨張することによる断熱材１３の破損を防止する観点に基づく。したがって、係止溝２０とＹスタッド５との間のスキマは、Ｙスタッド５の熱膨張を許容することができる程度の大きさ（例えば２ｍｍ程度）とされる。

Ｙスタッド５は、係止溝２０によって断熱材１３に係止されることで、外壁４に対して間隔を隔てた状態で、断熱層３に支持される。これは、前記のとおり係止溝２０が外壁４の内壁面４ａから隔てた位置に形成されることによる。すなわち、係止溝２０は、断熱材１３において、係止溝２０に嵌め込まれたＹスタッド５と外壁４との間に断熱材１３の一部が存在するように（断熱材１３の一部がＹスタッド５の係止部５ａと外壁４の内壁面４ａとの間に挟まれた状態となるように）形成される。

このように、断熱材１３に形成される係止溝２０が用いられてＹスタッド５が断熱材１３に係止されて断熱層３に支持される構成においては、Ｙスタッド５が、金属製の外壁４に対して非接触状態（縁切りされた状態）で支持される。つまり、Ｙスタッド５は、前記のとおり外壁４との間に存在する断熱材１３の厚さ分、外壁４から所定の間隔を隔てた位置で支持される。

本実施形態に係る炉構造の施工方法は、次のとおりである。すなわち、本実施形態の炉構造においては、まず、外壁４に対して、断熱層３が構成される。断熱層３は、外壁４の内壁面４ａに対して耐熱煉瓦等の断熱材１３が積層される等して形成される。ここで、断熱層３に関しては、断熱材１３が自立すること、あるいは断熱材１３が外壁４に対して支持されることにより、形状が保持される。断熱材１３により形成される断熱層３の形状保持は、炉形状（断熱層３の層の形状）が工夫されることや、外壁４の内壁面４ａに断熱材１３を支持したり固定したりするための突起が設けること等により行われる。

断熱材１３によって断熱層３が形成される過程で、Ｙスタッド５が断熱層３に支持される。具体的には、断熱層３が形成される工程において、断熱材１３の表面（上面１３ａ）にスリット加工等によって係止溝２０が形成される作業と、形成された係止溝２０にＹスタッド５が嵌め込まれる作業とが、積層される断熱材１３について適宜の間隔で行われる。つまり、任意の量の断熱材１３の積層と、係止溝２０の形成およびＹスタッド５の嵌め込みとが、適宜の間隔で行われる。

したがって、断熱材１３にＹスタッド５が取り付けられるための係止溝２０の開口部（本実施形態の場合、Ｙスタッド５の係止部５ａの形状に合わせて形成される略Ｔ字状の開口部、以下「取付用開口部」という。）は、他の断熱材１３が積層されることによって覆われる。また、断熱材１３において係止溝２０の取付用開口部が開口する面は、本実施形態のように上面１３ａに限定されない。つまり、係止溝２０は、断熱材１３における断熱層３の壁面を形成する面（外壁４に対向する面および耐火層２に対向する面）以外の面のいずれかの面に取付用開口部が開口するように、適宜形成され得る。

また、本実施形態では、係止溝２０が有する係止形状（取付用開口部の形状）が、略Ｔ字状であるが、これに限定されない。係止溝２０が有する係止形状としては、略Ｔ字状のほか、例えばＬ字状やＨ字状等、Ｙスタッド５を断熱材１３に係止することができる形状が、Ｙスタッド５が設けられる場所等に応じて適宜採用される。さらに、Ｙスタッド５を断熱層３に支持するための係止溝２０は、積層される複数の断熱材１３によって形成されてもよい。この場合、例えば、積層される二つの断熱材１３の合わせ面部において、両者が有する溝形状部分によって一つの係止溝２０が形成される。

このように、Ｙスタッド５の支持をともなって形成される断熱層３においては、断熱材１３における係止溝２０が形成される位置や、係止溝２０の形成およびＹスタッド５の嵌め込みが行われるまでの断熱材１３の積層量等により、断熱層３に支持されるＹスタッド５の配置間隔が調整される。なお、係止溝２０については、積層される断熱材１３にあらかじめ形成されてもよい。この場合、断熱層３の形成に際し、あらかじめ係止溝２０が形成された断熱材１３が適宜の間隔で用いられることで、その係止溝２０を有する断熱材１３にＹスタッド５が係止される。

Ｙスタッド５を支持する断熱層３が形成された後、断熱層３の内側（炉内１側）に、耐火層２が形成される。すなわち、Ｙスタッド５が分岐側から突出した状態となる断熱材１３の内側面１３ｂに対して、所定の形状の型枠等が用いられて耐火材１２としてのキャスタブル耐火物等が流し込まれること等により、耐火層２が形成される。これにより、耐火層２を構成する耐火材１２が、Ｙスタッド５によって断熱層３（断熱材１３）に対して固定された状態となる。以上のようにして、炉内１に対する断熱構造が構成される。

本実施形態の炉構造によれば、余剰な設備投資を行ったり構造の複雑化を招いたりすることなく、外壁４からの熱放散を低減することができ、熱効率を向上することができる。すなわち、本実施形態の炉構造においては、前述したように、金属治具としてのＹスタッド５と金属製の外壁４とが非接触状態である（縁切りされている）ため、Ｙスタッド５と外壁４との間の金属間熱伝導が阻止される。これにより、外壁４から炉外への熱放散が減少する。

また、本実施形態の炉構造は、断熱材１３にスリット加工等によって形成される係止溝２０にＹスタッド５を支持する構成を採用したものである。このため、例えば炉壁の二重構造化や減圧装置の追加等の設備投資を行う必要がなく、また、構造が複雑になることもなく、炉における熱放散の削減、および熱効率の向上が可能となる。

本実施形態の炉構造が用いられて構成される金属溶解炉の一例について、図３および図４を用いて説明する。図３および図４に示すように、本実施形態の金属溶解炉３０は、耐火層２、断熱層３、外壁４、およびＹスタッド５が、全体として略円筒状（図３に示す平面断面視で略円形状）の炉壁を構成する。

すなわち、図３に示すように、金属溶解炉３０の炉内１に対する炉壁を構成する耐火層２、断熱層３、および外壁４の各層が、それぞれ略円筒状の外形を有するように形成される。そして、Ｙスタッド５が、例えばその突出方向が炉壁についての略円筒形状における径方向となる姿勢で、断熱層３に支持される（図４参照）。

具体的には、図４に示すように、断熱層３は、略円筒形状の外壁４の内壁面４ａ側において、円筒面の一部形状の外形を有する複数の断熱材１３が、円周方向に組み付けられることにより、略円筒形状に形成される。断熱層３においては、複数の断熱材１３のうち所定の断熱材１３における所定の位置に形成される係止溝２０により、Ｙスタッド５が支持される。そして、Ｙスタッド５が分岐側から突出する断熱材１３の内側面１３ｂに対して、例えば略円筒面状の型枠が形成された状態で、耐火材１２としてのキャスタブル耐火物等が流し込まれることや、型枠なしでの耐火材１２の張付け等により、略円筒形状の耐火層２が形成される。

図３に示すように、金属溶解炉３０は、炉内１において溶融される金属材料が炉内１に投入されるための投入口３１を有する。投入口３１は、径方向外側に突出形成されるとともに上側（図４において紙面手前側）に開口する開口部である。つまり、投入口３１は、炉内１の上側の開口部が例えば円板状の蓋体によって覆われることにより、上側に開口する開口部を形成する。

同じく図３に示すように、金属溶解炉３０は、炉内１の様子の確認や炉内１の溶湯に対する所定の処理等を行うための作業扉３２を有する。また、金属溶解炉３０は、炉内１の溶湯の湯抜きをするためのタップホール３３を有する。タップホール３３は、例えば外壁４の下部に開口し、栓体３３ａにより塞がれる。

このように、炉内１に対して設けられる炉壁が、全体として略円筒状に構成される金属溶解炉３０においては、炉壁の施工において、断熱層３の形状保持が容易となる。具体的には、前述したように円筒面の一部形状の外形を有する複数の断熱材１３が円周方向に組み付けられることにより略円筒形状の断熱層３が形成される構成においては、隣り合う断熱材１３が互いに受ける圧縮力等により、積層される断熱材１３の形状保持を行うことができる。

すなわち、図４に示すように、金属溶解炉３０において、円周方向に組み付けられる複数の断熱材１３が、例えば、外壁４の内壁面４ａとの関係において、隣り合う断熱材１３間で圧入された状態で組み付けられることにより、隣り合う断熱材１３間で互いに作用する圧縮力が得られる（図４中、白抜き矢印参照）。これにより、複数の断熱材１３同士がいわば互いに突っ張った状態となり、断熱材１３により形成される断熱層３の形状が保持される。このように、全体として略円筒状の炉壁を有する金属溶解炉３０は、前記のとおり炉構造の施工において断熱材１３により形成される断熱層３の形状保持のために炉形状が工夫される場合の一例である。

以下では、本発明の実施例について、図５〜図７を用いて説明する。本実施例は、前述した実施形態の炉構造を用いて炉壁を構成し、炉内の温度に対する炉壁の表面温度を計測したものである。また、この実施例では、本実施例の比較対象として、従来の炉構造を用いて炉壁を構成した従来例についても同様の温度測定を行った。

図５（ａ）は、本実施例の炉壁の構成を示す図、同図（ｂ）は従来例の炉壁の構成を示す図である。本実施例および従来例の炉壁については、いずれも次のような層構造を用いた。すなわち、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例および従来例では、耐火層２を構成する耐火材１２として、プラスチック耐火物を用いた。また、断熱層３を構成する断熱材１３として、断熱煉瓦および断熱ボードを用いた。つまり、断熱層３を、断熱煉瓦により形成される内側層３ａと、断熱ボードにより形成される外側層３ｂとの二層構造とした。そして、炉壁を構成する各層の厚さとしては、耐火層２の層厚を１２０ｍｍ、断熱層３の内側層３ａの層厚を１１４ｍｍ、外側層３ｂの層厚を７５ｍｍとした。また、断熱層３の外側は、外壁４により覆われる。

このような層構造において、前述した実施形態の炉構造を適用した本実施例では、図５（ａ）に示すように、断熱層３において内側層３ａを形成する耐熱煉瓦に係止溝２０を形成し、Ｙスタッド５を支持した。また、従来の炉構造を適用した従来例では、図５（ｂ）に示すように、本実施例と同様の層構造において、耐火材１２を固定するためのＹ型治具４５を、外壁４の内壁面４ａに対して溶接により接合した。

以上のようにして構成した本実施例および従来例それぞれの炉壁について、炉内１の温度に対する炉壁の表面温度を計測した。ここで、炉壁の表面温度（以下「炉体表面温度」という。）は、外壁４の表面４ｂの温度である。

炉内１の温度としては、本実施例および従来例のいずれについても、平均で８００℃となるように設定した。これに対し、炉体表面温度の実測値として、次のような結果が得られた。すなわち、本実施例については、炉体表面温度が平均で７５℃という測定結果が得られた。一方、従来例については、炉体表面温度が平均で１１５℃という測定結果が得られた。

このように、本実施例の構成においては、従来例との比較において、炉体表面温度が低くなる。これは、従来例の構成においては、Ｙ型治具４５が外壁４に直接接合されていることから、Ｙ型治具４５と外壁４との間で金属間熱伝導が発生し、炉内１から外壁４への熱伝導量が多いことに対し、本実施例の構成においては、Ｙスタッド５と外壁４とが非接触状態である（縁切りされている）ことから、Ｙスタッド５と外壁４との間の金属間熱伝導が阻止され、炉内１から外壁４への熱伝導量が少ないことによるものである。つまり、本発明に係る炉構造を採用することにより、炉体表面温度の低減を達成することができる。

炉体表面温度が低減される結果、炉壁の表面からの放散熱量が低減し、熱効率が向上する。具体的には、本実施例および従来例のそれぞれにおける炉壁の表面からの放散熱量について、図６に示すような結果が得られた。図６は、炉壁の表面からの放散熱量について、本実施例と従来例との比較結果の一例を表すものである。

図６に示すように、本比較結果例は、従来例の構成についての放散熱量を１とした場合の、本実施例の構成についての放散熱量を表す。本比較結果例においては、従来例の場合の放散熱量が１であるのに対し（グラフＧ１参照）、本実施例の場合の放散熱量は、０．３程度の値である（グラフＧ２参照）。つまり、放散熱量については、本実施例の構成によれば、従来例との比較において約３割程度の値となる。このように、本実施例の構成においては、従来例との比較において、放散熱量が大幅に低減し、熱効率が向上する。

また、本実施例における炉体表面温度は、熱計算結果による温度にほぼ一致する。ここで、炉体表面温度についての熱計算結果による温度は、炉壁の各層を構成する材料の熱伝導率や、炉壁の各層間（界面）における熱伝達係数等に基づき、炉内１の温度から算出される。

図７に、本発明の実施例に対応する炉体表面温度の熱計算結果の一例を示す。なお、図７に示すグラフについて、横軸は本発明の実施例に係る炉壁における各層の層厚（ｍｍ）に対応し、縦軸は測定温度（℃）に対応する。

図７に示すように、本計算結果例においては、炉内１の温度の８００℃に対し、耐火層２と断熱層３の内側層３ａとの界面部分の温度が７５０℃（点Ｐ１参照）、断熱層３における内側層３ａと外側層３ｂとの界面部分の温度が６２３℃（点Ｐ２参照）、炉体表面温度が７８℃（点Ｐ３参照）という計算結果が得られた。つまり、本計算結果例によれば、炉体表面温度についての熱計算結果による温度は、炉内１の温度が８００℃であるのに対し、炉体表面温度が７８℃である。

そして、前記のとおり炉内１の温度が８００℃（平均）であるのに対して本実施例について得られた炉体表面温度の測定結果である７５℃（平均）という値は、従来例についての測定結果である１１５℃（平均）との対比において、熱計算結果の温度である７８℃に非常に近い値である。つまり、本実施例についての測定結果である７５℃（平均）という値は、熱計算結果の７８℃にほぼ一致すると言える。このような現象は、炉内１から外壁４にかけての熱伝導量について、本実施例の構成においては、Ｙ型治具４５が外壁４に接触することで金属間熱伝導が発生する従来例の構成と比べて、Ｙスタッド５が存在することによる影響が少ないことに基づく。

このように、炉体表面温度が熱計算結果による温度にほぼ一致することは、耐火材等の固定用として用いられるＹスタッド５等の金属治具等による不明な熱伝導分が低減することに基づく。つまり、本実施例の構成によれば、炉壁が金属治具を含まない場合の熱伝導量に対する、金属治具が存在すること等による変化量（主に増加量）が低減する。これにより、金属溶解炉等の炉の設計時において、過剰に放散熱量を見込む必要がなく、炉の設計の簡素化が図れる。

以上の実施例からわかるように、本発明に係る炉構造が用いられることにより、炉構造において、炉体表面温度や放散熱量の低減効果が十分に得られる。また、炉体表面温度について、熱計算結果による予測の精度が高くなることから、過剰な放散熱量を見込んでの炉の設計の複雑化が避けられる。

なお、前述した実施の形態においては、本発明に係る炉構造が金属溶解炉に適用される場合を例に説明したが、これに限定されない。つまり、本発明に係る炉構造は、金属材料やセラミックス等種々の材料に熱処理を施すための熱処理炉や、溶湯を収容して保持するための保持炉等、金属溶解炉以外の種々の熱設備における断熱構造として適用できる。

本発明の一実施形態に係る炉構造を示す図。 同じく施工方法についての説明図。 本発明の一実施形態に係る金属溶解炉の構成を示す平面断面図。 同じく部分拡大図。 本発明の実施例についての説明図。 本実施例と従来例との放散熱量の比較結果の一例を示す図。 本発明の実施例に対応する炉体表面温度の熱計算結果の一例を示す図。 従来の炉構造を示す図。

１ 炉内
２ 耐火層
３ 断熱層
４ 外壁
５ Ｙスタッド（金属治具）
５ａ 係止部
１２ 耐火材
１３ 断熱材
２０ 係止溝
３０ 金属溶解炉

Claims (1)

1. 炉内に対して構成される炉構造であって、
   前記炉内側に設けられ耐火材により構成される耐火層と、該耐火層の外側に設けられ断熱材により構成される断熱層と、該断熱層の外側に設けられる金属製の外壁と、前記断熱層の前記炉内側に突出した状態で前記断熱層に支持され前記耐火材を前記断熱層に対して保持するための金属治具とを備え、
   前記断熱材は、該断熱材の上面に前記金属治具を挿通するための開口部が形成され、該開口部に連続する、前記金属治具を係止可能な係止溝を有し、
   前記金属治具は、前記係止溝に係止することで、前記外壁に対して間隔を隔てた状態で、前記断熱層に支持され、前記耐火層、前記断熱層、前記外壁、および前記金属治具が、全体として略円筒状の炉壁を構成する、
   ことを特徴とする炉構造。

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