JP5819552B1 - 加熱炉の炉壁構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱炉の炉壁の強度低下を最低限に抑制するとともに、炉壁全体の熱容量を低減させることが可能な加熱炉の炉壁構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】炉内側最内層としての耐火材料層１と、最外層としての外殻層２とを備えた加熱炉の炉壁構造１０において、耐火材料層１を、最内層の位置に鉛直方向にそれぞれが積層、配設された複数の耐火・断熱煉瓦１１と、最内層としての位置から最外層としての位置まで水平方向に延伸する長さを有し、それぞれが耐火・断熱煉瓦１１の所定数置きに耐火・断熱煉瓦１１の間に挿入、配設され、又は最上端の耐火・断熱煉瓦１１上に載置、配設された少なくとも１つの耐火・断熱つなぎ煉瓦１２と、から構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、加熱炉の炉壁構造及びその製造方法に関する。

加熱炉の炉壁の縦断面における炉内側最内層に位置する炉材を煉瓦で形成する場合（例えば、１６００℃を超える使用温度の焼成炉の場合、最内層に位置する炉材としてセラミックファイバーを使用することができないことから、最内層に位置する炉材を煉瓦で形成する必要があり、また、炉材由来のコンタミネーションを嫌う製品を焼成する場合、前述の温度以下であっても最内層に位置する炉材を煉瓦で形成する必要がある）、炉壁の強度を保つために、バックアップとして使用する最内層以外に位置する耐火物についても一定の強度を有するものを採用し、これらを一体構造に組み立てて使用している。

なお、一般に、炉を加熱する際の熱損失として、炉壁温度を上昇させるための熱量が１０〜３０％程度必要となるが、炉壁温度を上昇させるための熱量は炉壁の熱容量に依存し、炉壁の熱容量が大きくなると、炉壁温度を上昇させるための熱量（熱損失）も大きくなる。

上述のような耐火物を組み合わせた一体構造を有する炉として、例えば、耐久性を向上させるとともに高熱慣性型の炉壁とするため、炉壁の耐火ライニング構成を断熱れんがと耐火れんがの２層構成とする一方、高熱慣性にすることによって本来の試験温度制御性が損なわれるため、冷却ガスの吹き込み口やガス排気口を設けて、炉内温度を制御しやすい構成とした高温曲げ試験炉が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１に開示された高温曲げ試験炉の場合、耐火性は向上するものの、増大した炉壁の熱容量（熱損失）を低減するため、冷却ガスの吹き込み口やガス排気口を設ける必要があり、炉壁構造が複雑で高価になるという問題があった。

特開平８−３２０２８３号公報

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、加熱炉の炉壁の強度低下を最低限に抑制するとともに、炉壁全体の熱容量を低減させることが可能な加熱炉の炉壁構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するためになされたものであり、本発明によって、以下の加熱炉の炉壁構造及びその製造方法が提供される。

［１］炉壁の縦断面における炉内側最内層としての耐火材料層と、最外層としての外殻層と、前記耐火材料層と前記外殻層との間の中間層の位置に配設された断熱材料層と、を備えた、加熱炉の炉壁構造であって、前記耐火材料層は、前記最内層の位置に鉛直方向にそれぞれが積層、配設された複数の耐火・断熱煉瓦と、前記最内層としての位置から前記最外層としての位置まで水平方向に延伸する長さを有し、それぞれが前記耐火・断熱煉瓦の所定数置きに前記耐火・断熱煉瓦の間に挿入、配設された又は最上端の前記耐火・断熱煉瓦上に載置、配設された少なくとも１つの耐火・断熱つなぎ煉瓦と、から構成されてなり、前記断熱材料層は、セラミックファイバーから構成されたものである加熱炉の炉壁構造。

［２］前記耐火材料層を構成する前記耐火・断熱つなぎ煉瓦と前記外殻層とを係止することによって、前記耐火材料層と前記外殻層とを一体構造とすることが可能な係止部材をさらに備えた前記［１］に記載の加熱炉の炉壁構造。

［３］前記係止部材は、フック部材である前記［２］に記載の加熱炉の炉壁構造。
［４］前記係止部材は、金属製である前記［２］又は［３］に記載の加熱炉の炉壁構造。

［５］前記耐火材料層を構成する前記耐火・断熱煉瓦及び前記耐火・断熱つなぎ煉瓦は、それぞれが、隣接するもの同士の互いのずれを防止する、ずれ防止手段を有する前記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の加熱炉の炉壁構造。

［６］前記ずれ防止手段は、前記耐火・断熱煉瓦及び前記耐火・断熱つなぎ煉瓦の上下面にそれぞれ形成された、互いに嵌合可能な嵌合構造である前記［５］に記載の加熱炉の炉壁構造。

［７］前記嵌合構造は、凹構造及び凸構造との組み合わせである前記［６］に記載の加熱炉の炉壁構造。

［８］前記外殻層は、前記耐火・断熱つなぎ煉瓦の一端を支持可能な支持部材を有する前記［１］〜［７］のいずれか１項に記載の加熱炉の炉壁構造。
［９］前記支持部材は、金属製である前記［８］に記載の加熱炉の炉壁構造。

［１０］前記外殻層は、金属製である前記［１］〜［９］のいずれか１項に記載の加熱炉の炉壁構造。

［１１］炉壁の縦断面における炉内側最内層としての耐火材料層と、最外層としての外殻層と、前記耐火材料層と前記外殻層との間の中間層の位置に配設された断熱材料層と、を備えた、加熱炉の炉壁構造を製造する方法であって、前記耐火材料層として、複数の耐火・断熱煉瓦を、前記最内層の位置に鉛直方向にそれぞれ積層、配設するとともに、前記最内層としての位置から前記最外層としての位置まで水平方向に延伸する長さを有する少なくとも１つの耐火・断熱つなぎ煉瓦を、前記耐火・断熱煉瓦の所定数置きに前記耐火・断熱煉瓦の間に挿入、配設する又は最上端の前記耐火・断熱煉瓦上に載置、配設する工程と、前記耐火材料層と前記外殻層との間の中間層の位置に、前記断熱材料層として、セラミックファイバーから構成されたものを配設する工程と、を含む加熱炉の炉壁構造の製造方法。

［１２］前記耐火材料層を構成する前記耐火・断熱つなぎ煉瓦と前記外殻層とを、所定の係止部材によって係止して、前記耐火材料層と前記外殻層とを一体構造とする工程をさらに含む前記［１１］に記載の加熱炉の炉壁構造の製造方法。

本発明によって、加熱炉の炉壁の強度低下を最低限に抑制するとともに、炉壁全体の熱容量を低減させることが可能な加熱炉の炉壁構造及びその製造方法が提供される。

本発明の実施の形態に係る炉壁構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の加熱炉の炉壁構造１０は、炉壁の縦断面における炉内側最内層としての耐火材料層１と、最外層としての外殻層２とを備えている。

耐火材料層１は、最内層の位置に鉛直方向にそれぞれが積層、配設された複数の耐火・断熱煉瓦１１と、最内層としての位置から最外層としての位置まで水平方向に延伸する長さを有し、それぞれが耐火・断熱煉瓦１１の所定数置きに（図１では５つ置きの場合を示す）耐火・断熱煉瓦１１の間に挿入、配設され、又は最上端の耐火・断熱煉瓦１１上に載置、配設された少なくとも１つの（図１では２つの場合を示す）耐火・断熱つなぎ煉瓦１２と、から構成されてなるものである。なお、耐火・断熱つなぎ煉瓦１２は、最上端の耐火・断熱煉瓦１１上に載置されるとともに、３〜６の所定数置きに耐火・断熱煉瓦１１の間に挿入、配設されることが、耐火・断熱煉瓦１１を保持できる点から好ましい。

また、本実施の形態においては、図１に示すように、耐火材料層１と、外殻層２との間の中間層の位置に配設された断熱材料層３を、さらに備えていることが好ましい。

この場合、断熱材料層３は、軽量かつ低熱伝導率であるセラミックファイバー、例えば、アルミナ、シリカから構成されたものであることが、断熱性の点から好ましい。このように構成することによって、炉としての断熱性能を保持させることができ、空隙に軽量な素材を使用することで、炉壁の熱容量を最大５０％低減させることが可能となる。

また、本実施の形態においては、耐火材料層１を構成する耐火・断熱つなぎ煉瓦１２と外殻層２とを係止することによって、耐火材料層１と外殻層２とを一体構造とすることが可能な係止部材４をさらに備えていることが、強度を向上させる点から好ましい。

この場合、係止部材４は、耐火材料層１と支持部材２１を繋ぐフック状の部材であることが、耐火材料層１の倒れこみを防止できる点から好ましい。

耐火材料層１を構成する耐火・断熱煉瓦１１及び耐火・断熱つなぎ煉瓦１２は、それぞれが、隣接するもの同士の互いのずれを防止する、ずれ防止手段５を有することが好ましい。

ずれ防止手段５は、耐火・断熱煉瓦１１及び耐火・断熱つなぎ煉瓦１２の上下面にそれぞれ形成された、互いに嵌合可能な嵌合構造であることが好ましく、具体的には、嵌合構造は、図１に示すような、凹構造及び凸構造との組み合わせであることが、簡易な構成で確実なずれ防止を実現することができる点から好ましい。

外殻層２は、耐火・断熱つなぎ煉瓦１２の一端を支持可能な支持部材２１を有することが、耐火・断熱つなぎ煉瓦１２の垂れ下がりを防止できる構造である点から好ましい。

外殻層２は、例えば、ＳＳ４００、ＳＵＳ３０４等の金属製であることが支持部材２１を容易に固定できる点から好ましい。

係止部材４及び支持部材２１は、それぞれＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓ等の金属製であることが、熱による劣化を防止できる点から好ましい。

また、本実施の形態の加熱炉の炉壁構造の製造方法は、炉壁の縦断面における炉内側最内層としての耐火材料層１と、最外層としての外殻層２とを備えた、加熱炉の炉壁構造１０を製造する方法であって、複数の耐火・断熱煉瓦１１を、最内層の位置に鉛直方向にそれぞれ積層、配設する工程と、最内層としての位置から最外層としての位置まで水平方向に延伸する長さを有する少なくとも１つの耐火・断熱つなぎ煉瓦１２を、耐火・断熱煉瓦１１の所定数置きに耐火・断熱煉瓦１１の間に挿入、配設する又は最上端の耐火・断熱煉瓦１１上に載置、配設する工程と、を含む。

また、本実施の形態においては、耐火材料層１と外殻層２との間の中間層の位置に、所定の断熱材料層３を配設する工程をさらに含むことが好ましい。

また、本実施の形態においては、耐火材料層１を構成する耐火・断熱つなぎ煉瓦１２と外殻層２とを、所定の係止部材４によって係止して、耐火材料層１と外殻層２とを一体構造とする工程をさらに含むことが好ましい。

本発明の加熱炉の炉壁構造及びその製造方法は、例えば、１６００℃を超える高温の加熱炉を用いる産業分野、例えば、窯業、ガラス製造業、鉄鋼業等で有効に利用される。

１ 耐火材料層
２ 外殻層
３ 断熱材料層
４ 係止部材
５ ずれ防止手段
１１ 耐火・断熱煉瓦
１２ 耐火・断熱つなぎ煉瓦
２１ 支持部材

Claims (12)

1. 炉壁の縦断面における炉内側最内層としての耐火材料層と、最外層としての外殻層と、前記耐火材料層と前記外殻層との間の中間層の位置に配設された断熱材料層と、を備えた、加熱炉の炉壁構造であって、
   前記耐火材料層は、前記最内層の位置に鉛直方向にそれぞれが積層、配設された複数の耐火・断熱煉瓦と、前記最内層としての位置から前記最外層としての位置まで水平方向に延伸する長さを有し、それぞれが前記耐火・断熱煉瓦の所定数置きに前記耐火・断熱煉瓦の間に挿入、配設された又は最上端の前記耐火・断熱煉瓦上に載置、配設された少なくとも１つの耐火・断熱つなぎ煉瓦と、から構成されてなり、
   前記断熱材料層は、セラミックファイバーから構成されたものである加熱炉の炉壁構造。
2. 前記耐火材料層を構成する前記耐火・断熱つなぎ煉瓦と前記外殻層とを係止することによって、前記耐火材料層と前記外殻層とを一体構造とすることが可能な係止部材をさらに備えた請求項１に記載の加熱炉の炉壁構造。
3. 前記係止部材は、フック部材である請求項２に記載の加熱炉の炉壁構造。
4. 前記係止部材は、金属製である請求項２又は３に記載の加熱炉の炉壁構造。
5. 前記耐火材料層を構成する前記耐火・断熱煉瓦及び前記耐火・断熱つなぎ煉瓦は、それぞれが、隣接するもの同士の互いのずれを防止する、ずれ防止手段を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱炉の炉壁構造。
6. 前記ずれ防止手段は、前記耐火・断熱煉瓦及び前記耐火・断熱つなぎ煉瓦の上下面にそれぞれ形成された、互いに嵌合可能な嵌合構造である請求項５に記載の加熱炉の炉壁構造。
7. 前記嵌合構造は、凹構造及び凸構造との組み合わせである請求項６に記載の加熱炉の炉壁構造。
8. 前記外殻層は、前記耐火・断熱つなぎ煉瓦の一端を支持可能な支持部材を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱炉の炉壁構造。
9. 前記支持部材は、金属製である請求項８に記載の加熱炉の炉壁構造。
10. 前記外殻層は、金属製である請求項１〜９のいずれか１項に記載の加熱炉の炉壁構造。
11. 炉壁の縦断面における炉内側最内層としての耐火材料層と、最外層としての外殻層と、前記耐火材料層と前記外殻層との間の中間層の位置に配設された断熱材料層と、を備えた、加熱炉の炉壁構造を製造する方法であって、
    前記耐火材料層として、複数の耐火・断熱煉瓦を、前記最内層の位置に鉛直方向にそれぞれ積層、配設するとともに、前記最内層としての位置から前記最外層としての位置まで水平方向に延伸する長さを有する少なくとも１つの耐火・断熱つなぎ煉瓦を、前記耐火・断熱煉瓦の所定数置きに前記耐火・断熱煉瓦の間に挿入、配設する又は最上端の前記耐火・断熱煉瓦上に載置、配設する工程と、
    前記耐火材料層と前記外殻層との間の中間層の位置に、前記断熱材料層として、セラミックファイバーから構成されたものを配設する工程と、を含む加熱炉の炉壁構造の製造方法。
12. 前記耐火材料層を構成する前記耐火・断熱つなぎ煉瓦と前記外殻層とを、所定の係止部材によって係止して、前記耐火材料層と前記外殻層とを一体構造とする工程をさらに含む請求項１１に記載の加熱炉の炉壁構造の製造方法。

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