JP5993296B2 - チェッカー煉瓦 - Google Patents

Description

本発明は、熱風炉の蓄熱室内に組み込まれるチェッカー煉瓦に関する。

製銑用の高炉への熱風供給を行うために、熱風炉が用いられている。
熱風炉の蓄熱室内には、蓄熱材として、外形が六角柱形状をした耐火煉瓦材製のチェッカー煉瓦（ギッター煉瓦とも称する）が多数配列され、複数層に重ねて築造されている。
チェッカー煉瓦は、耐火煉瓦材で形成された六角柱形状の本体を有する。本体の上面および下面は平行とされている。本体には、断面形状が丸形または六角形のガス流路が複数、鉛直方向に貫通形成されており、各々は本体の上下面に開口されている（特許文献１〜６参照）。

このようなチェッカー煉瓦では、ガス流路に高温の燃焼ガスを通過させることで、本体のガス流路以外の耐火煉瓦材が詰まった部分（中実部）に熱を蓄熱することができる。一方、蓄熱した状態でガス流路に冷風を通過させて熱交換させることで、高温の熱風を生成し、高炉に供給することができる。
ここで、チェッカー煉瓦では、ガス流路と中実部のバランスが熱効率に大きな影響を与える。このため、近年では、ガス流路の形状および中実部の厚み等に関する最適化が行われている。

チェッカー煉瓦を熱風炉内に築造する際には、垂直積み（煙突積み）またはラップ積みが採用される。
煙突積みは、下層のチェッカー煉瓦の真上に上層のチェッカー煉瓦を重ねてゆくものである。煙突積みは、積み方として簡素であるが、積まれたチェッカー煉瓦は煙突状に垂直方向へ連続するのみで、周囲のチェッカー煉瓦との間の接続が得られない。このため、燃焼・送風の繰り返しによる温度変動があると、煙突状に連続するチェッカー煉瓦が倒れやすいという問題がある。また、チェッカー煉瓦の側面に、炉内の高さ方向に貫通する通し目地が発生する。このような通し目地は、チェッカー煉瓦の上下面を貫通する本来のガス流路とは別にガスが吹き抜ける流路となるという問題もある。

これに対し、ラップ積みは、複数のチェッカー煉瓦にまたがるようにチェッカー煉瓦を積み重ねてゆくものである。このため、チェッカー煉瓦の各またがり部分において、周囲のチェッカー煉瓦との間の接続が得られ、倒れや積み重ねの変形等を生じることがなく、安定した築造状態を維持することができる。また、前述した通し目地からのガスの吹き抜けの問題も抑制することができる。

このようなラップ積みとしては、下層の３個のチェッカー煉瓦にまたがって上層のチェッカー煉瓦を積み重ねてゆく積み方が多用されている。具体的には、下層の３個のチェッカー煉瓦の六角形の頂点に、上層のチェッカー煉瓦の中心位置が配置され、上層のチェッカー煉瓦の下面の１／３ずつが下層の３個のチェッカー煉瓦に均等に分担支持される（特許文献１参照）。

このようなラップ積みを形成する手法として、下層（第１層）のチェッカー煉瓦に対して、上層（第２層）のチェッカー煉瓦を、その何れかの側面に沿った方向へ側面１つ分ずらして重ねてゆくことを繰り返す積み方が多用されている。
この積み方では、更に上層（第３層）に積み重ねるチェッカー煉瓦は、その配列が第１層と同じとなり、結果として第１層（Ａパターン）と第２層（Ｂパターン）との２種類の配列パターンで構成されるため、ＡＢ積みと呼ばれている。
しかし、ＡＢ積みでは、各層のチェッカー煉瓦の頂点ばかりが集まるガス流路が生じ、この部分に集まるチェッカー煉瓦の間には開きが発生するという問題がある。

すなわち、ＡＢ積みを行う場合、例えば上層のチェッカー煉瓦の頂点位置は下層のチェッカー煉瓦の６つの頂点位置または１つの中心位置に一致する。そして、ＡＢ積みによって更に上層にチェッカー煉瓦を積み重ねていった場合、何れの階層でもチェッカー煉瓦の中心位置を通らず、チェッカー煉瓦の頂点位置ばかりを通るガス流路が生じる。
ガス流路において、何れかの階層でチェッカー煉瓦の中心を通れば、全方向に安定した状態とすることができる。しかし、前述のようにチェッカー煉瓦の頂点位置ばかりを通るガス流路においては、各階層で同ガス流路にチェッカー煉瓦の頂点が集まっているため、各チェッカー煉瓦が離れる（開く）ことになる。このような頂点のみで形成されて開きを生じ易いガス流路は、チェッカー煉瓦一個あたり６つの頂点のうち３箇所と無視できない頻度で発生することになる。

これに対し、第１層のチェッカー煉瓦に対して、第２層のチェッカー煉瓦をその何れかの側面に沿った方向へ側面１つ分ずらして重ね、更にその上に第３層のチェッカー煉瓦を第２層でずらした方向とは別の側面に沿った方向へ側面１つ分ずらして重ね、更にその上層（第４層）にチェッカー煉瓦を前述した第２層と同じ方向にずらして重ねることを繰り返す積み方も用いられている（特許文献４参照）。
この積み方では、第１層（Ａパターン）、第２層（Ｂパターン）および第３層（Ｃパターン）という３種類の配列パターンで構成されるため、ＡＢＣ積みと呼ばれている。
このようなＡＢＣ積みでは、煉瓦の六角形の頂点が３段に亘って一致しないように積み重ね、より均一な荷重分散を図ることができるとともに、全てのガス流路が、何れかの階層でチェッカー煉瓦の中心位置を通るため、チェッカー煉瓦の開きの発生を防止することができる。

一方、チェッカー煉瓦には、積み重ねられた上下のチェッカー煉瓦が水平方向にずれないように、本体の上下面に円錐台状のダボを形成し、互いに凹凸嵌合させることがなされている。
これらのダボは、本体の上下面に形成する際に、チェッカー煉瓦の積み方に応じて配置を定められる。前述したラップ積み、とくにＡＢ積みやＡＢＣ積みとする場合、積み重ねられた状態で上下面のダボが確実に嵌合し、かつ干渉等を生じないように、上下面でその中心から見て１２０度間隔となる各方向に配置される。詳細には、各方向における上下面の中心と六角形の頂点とを結ぶ線分上であってこの線分の中点など、特定の位置に配置される。

特開２０１１−２１９７９４号公報 中国実用新案公告第２０１０７２２３４号明細書 中国実用新案公告第２０１５０３２１４号明細書 中国実用新案公告第２０１８０９３７２号明細書 中国実用新案公告第２０１６７２８０５号明細書 中国実用新案公告第２０１６３４７０３号明細書

ところで、本体の上下面に前述したダボが形成されたチェッカー煉瓦では、ダボの形状あるいは配置によって、本体の耐火煉瓦材が欠けたり割れたりしやすくなるという問題が見いだされている。
特許文献２および特許文献３では、上面の凸状ダボと下面の凹状ダボとがそれぞれ１２０度配置されるとともに、上下面で同じ位置にある。このような場合、ＡＢ積みパターンのみの積み構成となることから、周囲のチェッカー煉瓦からの外力伝達が、上下面にダボが形成された１軸方向だけに限定され、本体の割れ等の破損が生じやすいという問題があることが判ってきた。

特許文献４では、上面のダボと下面のダボとを、それぞれ１２０度配置とするとともに、上下で互いに６０度ずらしている。これにより、周囲のチェッカー煉瓦からの外力伝達を本体の各方向に均等に分散させることができ、割れにくい構造とすることができる。
しかし、特許文献４では、上下面のダボがそれぞれ４つのガス流路の開口にまたがって形成され、かつ上下面の六角形の頂点近傍に設置したガス流路の外側（頂点に近い側）までダボの一部が拡がっている。このような場合、凸状のダボがガス流路で一部削られることで当該ダボに肉厚の薄い部分が生じるとともに、凹状のダボの付近ではダボの凹状によってガス流路間の中実部が削られて肉厚の薄い部分が生じる。これらの肉厚の薄い部分では、製造時および操業時に本体の耐火煉瓦材が割れやすいという問題があることが判ってきた。

特許文献５では、ダボは上下面の頂点と中心との中点にあるガス流路と同軸で形成され、かつ周囲が６個のガス流路の開口にかかるように形成されている。このようなダボを用いる場合、ダボの周辺部分が６個の開口で一部削られて割れやすい部分が生じる。さらに、このようなダボを形成したチェッカー煉瓦は、前述したＡＢＣ積みができず、下層の３個のチェッカー煉瓦に対する均等な荷重分散ができない。その結果、ダボ部の荷重が増加し、欠けやすいという問題があることが判ってきた。
上述したようなダボ周辺で脆弱性があるチェッカー煉瓦では、その製造、運搬あるいは施工の際に割れや欠け等の破損が生じ、実使用に適さなくなるという問題があることが判ってきた。

本発明の目的は、ダボ周辺の破損を防止でき、かつＡＢＣ積みが可能なチェッカー煉瓦を提供することにある。

本発明のチェッカー煉瓦は、上面、下面、６つの側面および前記側面が互いに交わる６つの角部を有する六角柱状の本体を有し、前記本体には、前記本体を貫通して前記上面および前記下面にそれぞれ開口しかつ断面形状が六角形である１９個のガス流路が形成され、前記ガス流路は、前記６つの側面のうち平行に相対する２つの側面間に３個、４個、５個、４個、３個ずつ５列に配置され、かつ前記ガス流路の前記断面形状の六角形の６つの頂点がそれぞれ前記側面の何れかに直交する方向に向けて配置され、前記ガス流路の断面形状の六角形の辺どうしが対向しかつ何れも同じ間隔で配置されており、前記６つの側面には、それぞれ前記上面から前記下面まで連続する２本の第１流路溝が形成され、前記第１流路溝は断面が前記ガス流路の断面形状である六角形を対向する辺の中点を結ぶ線で半分に切断した形状を有し、前記６つの角部には、それぞれ前記上面から前記下面まで連続する１本の第２流路溝が形成され、前記第２流路溝は断面が前記ガス流路の断面形状である六角形を一つの辺を挟む一対の辺の中点と六角形の中心とを結ぶ線で１／３に切断した形状を有し、前記上面には凸状または凹状の何れか一方である３つのダボが形成され、前記下面には凸状または凹状の何れか他方である３つのダボが形成され、前記ダボは、それぞれ前記上面または前記下面における前記本体の六角形の頂点から前記上面または前記下面の中心に至る線分上にある２個の前記ガス流路の開口にまたがって配置され、前記ダボの側面は、それぞれ前記２個の前記ガス流路の開口のうち、前記本体の六角形の頂点に近い側の開口における、前記ガス流路の断面形状の六角形の頂点のうち、前記線分から最も離れた一対の頂点よりも、前記上面または前記下面の中心寄りの領域で前記開口の辺縁と交差し、前記上面および前記下面の３つの前記ダボは、前記上面または前記下面における前記線分の中点に配置され、かつ前記上面または前記下面の中心から見て互いに１２０度間隔で配置され、前記上面の３つの前記ダボと前記下面の３つの前記ダボとは、互いに６０度回転させた向きの前記線分上に配置されていることを特徴とする。

このような本発明では、本体を積み重ねる際に、上面のダボおよび下面のダボが互いに凹凸嵌合し、水平方向のずれを防止する。
ここで、上面および下面の各ダボの側面（例えば円錐台形状のダボの傾斜した側面）は、２個のガス流路の開口のうち頂点に近い側の開口の線分から最も離れた頂点よりも上面または下面の中心寄りの領域で頂点に近い側の開口の辺縁と交差する。つまり、各ダボの側面が交差するのは、頂点に近い側の開口の上面または下面の中心寄りの領域であり、当該開口の中心寄りの半分程度までしかダボが削られないことになる。
これにより、凸状のダボがガス流路で削られても肉厚が薄くなる部分が最小限とされ、凹状のダボの付近ではダボの凹状によってガス流路間の中実部が削られて肉厚が薄くなる部分が最小限とされ、これらの肉厚の薄い部分が最小限とされることで煉瓦の破損を防止することができる。

また、本発明では、上面および下面の３つのダボが、上面または下面における線分の中点に配置され、かつ上面または下面の中心から見て互いに１２０度間隔で配置され、かつ、上面の３つのダボと下面の３つのダボとは、互いに６０度回転させた向きの線分上に配置されるようにした。このため、ラップ積みのなかでも特にＡＢＣ積みを適用することができ、チェッカー煉瓦の開きの発生防止や周囲のチェッカー煉瓦からの外力伝達の点で、ＡＢ積みに対しても優れた効果を得ることができる。
さらに、本発明では、断面形状が六角形であるガス流路を互いの辺が対向するように配置することで、ガス流路間に形成される中実部が略一定厚みで連続するように形成され、熱交換に有効な形状とすることができる。

本発明において、前記ダボは円錐台状または六角形の角錐台状であることが望ましい。
円錐台状のダボを用いる場合、製造が容易であるとともに、突起がない分破損しにくくできる。
角錐台状のダボを用いる場合、凹状のダボと凸状のダボとの間で面接触を形成することができ、破損の回避に有効である。とくに六角形の角錐台状とすれば、各頂点部分が１２０度コーナーとなって突起としても緩やかで、破損しにくくできる。

本発明において、前記ダボは、前記本体の上下方向にテーパを有することが望ましい。
このような上下方向（高さ方向）のテーパを加えることで、チェッカー煉瓦の積み重ね時に凹状のダボに凸状のダボを嵌め込む操作を円滑に行え、施工を容易に行えるとともに、ダボ周辺の破損の可能性を更に低減できる。

本発明によれば、ＡＢＣ積みを適用することができるとともに、ダボとガス流路とが重なる部分に生じる肉厚の薄い部分を最小限とすることができ、薄肉化に起因する煉瓦の破損を防止することができる。
さらに、本発明によれば、断面形状が六角形であるガス流路を互いの辺が対向するように配置することができ、ガス流路間に形成される中実部が略一定厚みで連続するように形成することができ、熱交換に有効な形状とすることができる。

本発明のチェッカー煉瓦を利用する熱風炉の模式図。 本発明の一実施形態の上面側を示す斜視図。 前記実施形態の下面側を示す斜視図。 前記実施形態の上面を示す平面図。 前記実施形態の縦断面を示す断面図。 前記実施形態の下面を示す底面図。 前記実施形態の積み重ねの際の第１階層を示す平面図。 前記実施形態の積み重ねの際の第１階層を示す斜視図。 前記実施形態の積み重ねの際の第１〜第２階層を示す平面図。 前記実施形態の積み重ねの際の第１〜第２階層を示す斜視図。 前記実施形態の積み重ねの際の第１〜第３階層を示す平面図。 前記実施形態の積み重ねの際の第１〜第３階層を示す斜視図。 本発明の実施例１の上面を示す平面図。 前記実施例１の縦断面を示す断面図。 前記実施例１の下面を示す底面図。 比較例１の上面を示す平面図。 前記比較例１の縦断面を示す断面図。 前記比較例１の下面を示す底面図。 比較例２の上面を示す平面図。 前記比較例２の縦断面を示す断面図。 前記比較例２の下面を示す底面図。 比較例３の上面を示す平面図。 前記比較例３の縦断面を示す断面図。 前記比較例３の下面を示す底面図。 本発明の実施例２の上面を示す平面図。 前記実施例２の縦断面を示す断面図。 前記実施例２の下面を示す底面図。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下には、先ず本実施形態のチェッカー煉瓦が内部に設置される熱風炉について説明し、続いて同熱風炉内に築造されるチェッカー煉瓦の実施形態について説明する。

〔熱風炉の概要〕
図１には、本発明のチェッカー煉瓦を利用する熱風炉１が示されている。
図１において、熱風炉１は、図示しない高炉に例えば１２００〜１４００℃の熱風を供給するための設備である。
熱風炉１は、基礎２上に設置された蓄熱室３、燃焼室４および煙突５を有する。
燃焼室４は、蓄熱室３の側方に並設された円筒状の燃焼設備であり、その下部には加熱用のバーナー８が設置されている。バーナー８にはガス管６および空気管７が接続され、これらから供給される燃料ガスおよび空気を混合させて燃焼させて高温の燃焼ガスを生成することができる。

燃焼室４の中間部には図示しない高炉に至る熱風出口１３が接続されているとともに、燃焼室４の上部は連絡管９により蓄熱室３の上部と連通されている。
蓄熱室３は、円筒状の蓄熱設備であり、その内部には、耐火煉瓦材製のチェッカー煉瓦２０が多層にわたって積み重ねられ、これにより高さが約３０〜４０ｍにおよぶ蓄熱領域１０が築造されている。
蓄熱室３の下部は排ガス出口１１を介して煙突５の下部に連通されている。また、蓄熱室３の下部は開閉可能な冷風入口１２を介して大気に開放可能である。

チェッカー煉瓦２０は、詳細は後述するが、燃焼室４から蓄熱室３に供給される排ガスの熱（燃焼熱）を蓄熱し、その熱で冷風を加熱して熱風を生成する熱交換機能を有する。このチェッカー煉瓦２０の内部には、上下方向に多数のガス流路２２が貫通形成されている（図２〜図６参照）。

なお、図１の熱風炉１は、燃焼室４と蓄熱室３が分離構成された外燃式であるが、本発明のチェッカー煉瓦が適用される熱風炉は、このような外燃式の熱風炉１に限定されず、燃焼室と蓄熱室が一体構成された内燃式熱風炉、燃焼室が蓄熱室の頂上部に設けられた頂頭式熱風炉など、任意の形式の熱風炉であってよい。

〔熱風炉の作用〕
このような熱風炉１は、通常、１基の高炉につき例えば３〜４台が設置される。そして、各々の熱風炉１で蓄熱工程と送風工程とを交互に繰り返し、このうち送風工程にある熱風炉１を選択して切り替えることで、高炉に対して熱風を絶え間なく連続的に供給する。
蓄熱工程では、燃焼室４において、ガス管６から供給される燃料ガスと、空気管７から供給される燃焼用の空気とを混合して、バーナー８により燃焼させる。
燃焼室４での燃焼により得られた高温の排ガス（例えば１３００〜１５００℃）は、燃焼室４上部から連絡管９を通じて蓄熱室３に送出され、蓄熱室３の蓄熱領域１０に積み重ねられた多数のチェッカー煉瓦２０のガス流路２２内を下方向に流通する。
このとき、排ガスとチェッカー煉瓦２０との間の熱交換により、流通するガス中の燃焼熱がチェッカー煉瓦２０に蓄熱される。蓄熱領域１０を通過した排ガスは、蓄熱室３下部の排ガス出口１１を通じて煙突５に排出される。

送風工程では、上記燃焼室４での燃焼を停止して、蓄熱室３の蓄熱領域１０の下部側に設けられた冷風入口１２から蓄熱室３内に空気（冷風）を送り込む。
送り込まれた空気は、蓄熱領域１０に積み重ねられたチェッカー煉瓦２０のガス流路２２内を上方向に流通する。このとき、上記蓄熱されたチェッカー煉瓦２０と空気との間の熱交換により、流通する空気が加熱されて１２００〜１４００℃の熱風が生成される。この熱風は、蓄熱室３上部から連絡管９及び燃焼室４を通り、熱風出口１３から送出されて高炉に送られる。

このような熱風炉１内に設置されたチェッカー煉瓦２０では、蓄熱工程と送風工程とが交互に繰り返される間に、蓄熱および熱風の供給が行われる。
蓄熱工程では、燃焼室４から蓄熱室３の上部に流入した高温の排ガスが、蓄熱室３内のチェッカー煉瓦２０のガス流路２２内を下方向に流通する。
送風工程では、蓄熱室３の下部から流入した低温の空気（冷風）が、チェッカー煉瓦２０のガス流路２２内を上方向に流通する。
従って、熱風炉１内に設置されたチェッカー煉瓦２０においては、そのガス流路２２に蓄熱工程と送風工程とで互いに逆方向にガスが流通され、蓄熱工程で流通する排ガスの熱を蓄熱し、その熱を用いて送風工程で流通する空気を加熱するという熱交換機能および蓄熱機能を奏する。

〔チェッカー煉瓦〕
図２ないし図６には、本発明に基づくチェッカー煉瓦２０が示されている。
図２はチェッカー煉瓦２０の上面側を斜めに見た状態、図３はチェッカー煉瓦２０の下面側を斜めに見た状態である。図４はチェッカー煉瓦２０の上面を示し、図５はチェッカー煉瓦２０の側面を示し、図６はチェッカー煉瓦２０の下面を示す。

各部に示すように、チェッカー煉瓦２０は、上面２５、下面２６、６つの側面２７および前記側面２７が互いに交わる６つの角部３０を有する六角柱状の煉瓦本体２１を有する。
煉瓦本体２１は、その上面２５から下面２６へと上下方向に貫通する複数のガス流路２２と、煉瓦本体２１の上面２５にその六角形の中心から見て１２０度間隔で設けられる３つの凸ダボ２３と、煉瓦本体２１の下面２６にその六角形の中心から見て１２０度間隔で設けられる３つの凹ダボ２４と、煉瓦本体２１の６つの側面２７それぞれに形成される３つの側面平部２７１及び上下方向に形成された２本の第１流路溝２８と、６つの角部３０それぞれに形成される１本の第２流路溝２９とを備えている。

煉瓦本体２１は、耐火煉瓦材を型枠成型により六角柱状に形成したものであり、前述した熱風炉１の蓄熱領域１０に設置される際に、多数のチェッカー煉瓦２０を上下に積み重ねた場合でも破壊されない十分な圧縮強度を有する。

ガス流路２２は、煉瓦本体２１を上下方向（六角柱状の軸心方向）に貫通する貫通孔とされている。また、この貫通孔は、チェッカー煉瓦２０を上下に積み重ねた際に流路断面を塞がないように上下方向にテーパ状となっていることが好ましい。
ガス流路２２は、煉瓦本体２１の６つの側面２７のうち、平行に相対する２つの側面２７間に、それぞれ３個、４個、５個、４個、３個となるように５列に配置され、合計で１９個形成されている。

ガス流路２２は、煉瓦本体２１の上面２５に形成された開口２２１と、煉瓦本体２１の下面２６に形成された開口２２２とを有する。ガス流路２２は、好ましくは上向きに拡径したテーパ状の貫通孔とされ、下面２６の開口２２２に対して上面２５の開口２２１がやや大きく形成されている。

ガス流路２２の断面形状は六角形とされ、従って開口２２１，２２２も六角形である。ただし、これらの六角形は頂点が丸められている。
ガス流路２２は、六角形の互いの辺が対向するように配置され、ガス流路２２間に形成される中実部２１０は略一定厚みでリブ状に連続するように形成されている。
このような形状により、ガス流路２２に臨む表面からの中実部２１０の厚さが一定となり、中実部２１０を構成する耐火煉瓦材を蓄熱材として無駄なく機能させることができる。
従って、このような六角形のガス流路２２を用いることで、チェッカー煉瓦２０としての蓄熱効率を最大にすることができる。

第１流路溝２８は、煉瓦本体２１の６つの側面２７の中間部分（上面２５および下面２６の六角形の辺にあたる部分の中間）において、それぞれ上面２５から下面２６まで連続して形成されている。
第１流路溝２８の断面形状は、ガス流路２２の断面形状である六角形を、対向する辺の中点を結ぶ線（外接円の直径となる線分）で半分つまり１／２に切断した形状とされている。従って、チェッカー煉瓦２０を隣りあわせに配置した際には、他のチェッカー煉瓦２０の第１流路溝２８と互いに向かい合わせに配置され、これら２本の向かい合う第１流路溝２８によりガス流路２２に相当する空間が形成されるようになっている。
第１流路溝２８は、１つの側面２７あたり２個、煉瓦本体２１では合計１２個形成されている。

第２流路溝２９は、煉瓦本体２１の６つの側面２７が互いに交わる角部３０（上面２５および下面２６の六角形の頂点にあたる部分）において、それぞれ上面２５から下面２６まで連続して形成されている。
第２流路溝２９の断面形状は、ガス流路２２の断面形状である六角形を、一つの辺を挟む一対の辺の中点と六角形の中心とを結ぶ線で１／３に切断した形状とされている。従って、３個のチェッカー煉瓦２０を隣りあわせに配置した際には、他の２個のチェッカー煉瓦２０の第２流路溝２９と互いに向かい合わせに配置され、これら計３本の向かい合う第２流路溝２９によりガス流路２２に相当する空間が形成されるようになっている。
第２流路溝２９は、煉瓦本体２１の各角部分に１個、煉瓦本体２１全体では合計６個形成されている。

なお、煉瓦本体２１において、ガス流路２２の数を過度に多くしたり、ガス流路２２の断面積を過度に大きしたりすると、チェッカー煉瓦２０の製造時のプレス能力が不足し、高さ方向に均質な煉瓦材質が得られず、チェッカー煉瓦２０の強度が不足することがある。
一般に、チェッカー煉瓦２０に類するチェッカー煉瓦としては、幅が１８０〜３２０ｍｍ、高さが１２０〜１８０ｍｍのものが使用されているが、蓄熱室３内におけるチェッカー煉瓦２０の積み上げ高さは、約３０〜４０ｍにも達するため、チェッカー煉瓦２０にかかる荷重と熱膨張時の応力を考慮すると、経験的に圧縮強さは４０ＭＰａ以上であることが好ましい。

例えば、上記サイズのチェッカー煉瓦２０の１個あたりのガス流路２２の設置数が３７個を超える場合には、煉瓦本体２１の十分な圧縮強度が得られない。従って、煉瓦本体２１においては、その材質およびサイズに応じて、ガス流路２２の設置数および各々の流路間距離を適切に決定することが好ましい。
本実施形態のチェッカー煉瓦２０では、前述した通り、煉瓦本体２１にガス流路２２が１９個形成されているほか、１／２断面の第１流路溝２８が１２個、１／３断面の第２流路溝２９が６個設けられている。これらの断面積および流路間距離は、前述のような圧縮強さを考慮して、煉瓦本体２１の材質およびサイズに応じて適切に設定されている。

凸ダボ２３は、図４および図２に示すように、煉瓦本体２１の上面２５から凸状に隆起して形成されており、全体として円錐台状（テーパ状）とされ、その上面は上面２５と同様に水平であるが、側面は上面２５に対して所定角度の円錐面とされている。
凸ダボ２３は、図４に示すように、その中心Ｃ１が、上面２５の六角形の頂点Ｐ１（２つの側面２７が交差する位置）から上面２５の中心Ｃ２に至る線分Ｓの中点に配置され、この線分Ｓ上にある２個のガス流路２２の開口２２１の間にまたがって配置されている。凸ダボ２３の大部分は、２個のガス流路２２の間の中実部２１０に形成されており、凸ダボ２３の側面の一部が同２個のガス流路２２の開口２２１によって削り取られた形状となっている。

凸ダボ２３の側面は、２個のガス流路２２の開口２２１のうち上面２５の頂点Ｐ１に近い側の開口２２１において、線分Ｓから最も離れた一対の頂点Ｐ２よりも上面２５の中心Ｃ２寄りの領域で開口２２１の辺縁と交差している。これにより、凸ダボ２３の側面の一部が同２個のガス流路２２の開口２２１によって削り取られても薄肉部が発生しないようになっている。
また、凸ダボ２３は、チェッカー煉瓦２０を上下に積み重ねる際、凹ダボ２４に嵌め込む操作が円滑に行えるように、上下方向（高さ方向）にテーパが形成され、具体的には上面側（先端側）が小径で上面２５に接続する部分では大径とされている。

凹ダボ２４は、図６および図３に示すように、煉瓦本体２１の下面２６から凹状に窪んだ形状とされている。凹ダボ２４の内側形状は、全体として円錐台状（テーパ状）とされ、その底面は下面２６と同様に水平であるが、側面は下面２６に対して所定角度の円錐面とされている。
凹ダボ２４は、図６に示すように、その中心Ｃ１が、下面２６の六角形の頂点Ｐ１（２つの側面２７が交差する位置）から下面２６の中心Ｃ２に至る線分Ｓの中点に配置され、この線分Ｓ上にある２個のガス流路２２の開口２２２の間にまたがって配置されている。凹ダボ２４の大部分は、２個のガス流路２２の間の中実部２１０に形成されており、凹ダボ２４の側面の一部が同２個のガス流路２２の開口２２２によって削り取られた形状となっている。

凹ダボ２４の側面は、２個のガス流路２２の開口２２２のうち下面２６の頂点Ｐ１に近い側の開口２２２において、線分Ｓから最も離れた一対の頂点Ｐ２よりも下面２６の中心Ｃ２寄りの領域で開口２２２の辺縁と交差している。これにより、凹ダボ２４の側面の一部が同２個のガス流路２２の開口２２２によって削り取られても薄肉部が発生しないようになっている。
また、凹ダボ２４は、チェッカー煉瓦２０を上下に積み重ねる際、凹ダボ２４に嵌め込む操作が円滑に行えるように、上下方向（高さ方向）にテーパが形成され、具体的には上面側（凹状の底面側）が小径で下面２６に開口する部分では大径とされている。

なお、凸ダボ２３は煉瓦本体２１の上面２５にその六角形の中心から見て１２０度間隔で３つ配置され、凹ダボ２４は下面２６にその六角形の中心から見て１２０度間隔で３つ配置されている。
これにより、図１０あるいは図１２に示すように、複数のチェッカー煉瓦２０をラップ積みしたときに、上階層のチェッカー煉瓦２０の下面２６に形成された３個の凹ダボ２４と、下段の３つのチェッカー煉瓦２０の上面２５にそれぞれ形成された計３個の凸ダボ２３とを嵌合させることが可能となる。
なお、凹ダボ２４および凸ダボ２３は、互いに６０度ずつずれた位置に配置され、凹ダボ２４の真上には凸ダボ２３はなく、凸ダボ２３の直下には凹ダボ２４はない。このような配置により、本実施形態のチェッカー煉瓦２０は、ラップ積みのなかでも特にＡＢＣ積みを適用することができ、凹ダボ２４あるいは凸ダボ２３に作用する外力をチェッカー煉瓦２０において６０度間隔となる各方向に分散させることができる。

〔チェッカー煉瓦の積み重ね構造〕
本実施形態のチェッカー煉瓦２０は、ラップ積み（ＡＢＣ積み）により積み重ねられて蓄熱室３内に設置される。
先ず、図７および図８に示すように、チェッカー煉瓦２０を敷き詰めて第１階層を形成する。
チェッカー煉瓦２０は、互いに側面２７どうしを向かい合わせ、各々の角部分（第２流路溝２９が形成された部分）に３つのチェッカー煉瓦２０が集まるように配置される。
これにより、３つの第２流路溝２９で一本のガス流路２２相当の空間が形成され、各側面２７間には対向する２つの第１流路溝２８によりそれぞれ一本のガス流路２２相当の空間が形成される。

なお、これらのチェッカー煉瓦２０の敷き詰めおよび第１流路溝２８および第２流路溝２９によるガス流路２２相当の空間の形成は、後述する第２階層（図９および図１０参照）および第３階層（図１１および図１２参照）においても同様であるため、各階層の説明では重複する説明を省略する。

次に、図９および図１０に示すように、第１階層の上にチェッカー煉瓦２０を敷き詰めて第２階層を形成する。
第２階層のチェッカー煉瓦２０は、各々の中心が第１階層のチェッカー煉瓦２０の第２流路溝２９の位置に来るように配置する。
第２階層のチェッカー煉瓦２０を第１階層のチェッカー煉瓦２０の上に積み重ねるにあたっては、第２階層のチェッカー煉瓦２０の下面２６の凹ダボ２４と第１階層のチェッカー煉瓦２０の上面２５の凸ダボ２３とを嵌合させる。
これらの凹ダボ２４と凸ダボ２３とが嵌合した状態では、第２階層のチェッカー煉瓦２０のガス流路２２と第１階層のチェッカー煉瓦２０のガス流路２２（第１流路溝２８および第２流路溝２９で形成される空間を含む）とは、全て対応するものどうしが連通状態とされる。
これらの第１階層と第２階層との間では、チェッカー煉瓦２０側面の通し目地は発生せず、目地を通じてのガス抜けが生じ難い構造となる。

続いて、図１１および図１２に示すように、第２階層の上にチェッカー煉瓦２０を敷き詰めて第３階層を形成する。
第３階層のチェッカー煉瓦２０は、各々の中心が第２階層のチェッカー煉瓦２０の第２流路溝２９の位置に来るように配置する。
第３階層のチェッカー煉瓦２０を第２階層のチェッカー煉瓦２０の上に積み重ねる作業は、前述した第２階層のチェッカー煉瓦２０を第１階層のチェッカー煉瓦２０の上に積み重ねる作業と同様であるので重複する説明は省略する。
第３階層のチェッカー煉瓦２０の凹ダボ２４と第２階層のチェッカー煉瓦２０の凸ダボ２３とが嵌合した状態では、第３階層のチェッカー煉瓦２０のガス流路２２と第２階層および第１階層のチェッカー煉瓦２０のガス流路２２（第１流路溝２８および第２流路溝２９で形成される空間を含む）とは、全て対応するものどうしが連通状態とされる。

これらの第２階層と第３階層との間でも、チェッカー煉瓦２０側面の通し目地は発生せず、前述の第１階層と第２階層との間と併せて、第１階層から第３階層までの全体にわたって目地を通じてのガス抜けが生じ難い構造となる。
さらに、本実施形態では、各層のチェッカー煉瓦２０がＡＢＣ積みされているため、第１階層から第３階層までの何れにおいても、３段のうち１段はチェッカー煉瓦２０の頂点（角部３０）にチェッカー煉瓦２０の中心部が重なる構造となり、荷重を分散することと合わせ、側面の通し目地だけでなく角部の通し目地も発生せず、これらの目地を通じてのガス抜けが非常に生じ難い構造となる。

以上のようなチェッカー煉瓦２０の積み重ねを繰り返すことにより、蓄熱室３内に例えば３０〜４０ｍ程度の高さまで、多数のチェッカー煉瓦２０が多段に積み上げられた蓄熱領域１０を形成することができる。

〔実施形態の効果〕
このような本実施形態では、煉瓦本体２１を積み重ねる際に、上面２５の凸ダボ２３および下面２６の凹ダボ２４が互いに凹凸嵌合し、積み重ねられたチェッカー煉瓦２０の間での水平方向のずれを防止することができる。
ここで、上面２５および下面２６の各ダボ２３，２４の側面は、各ダボ２３，２４がまたがる２個のガス流路２２の開口２２１，２２２のうち、頂点Ｐ１に近い側の開口２２１，２２２において線分Ｓから最も離れた頂点Ｐ２よりも中心Ｃ２寄りの領域で開口２２１，２２２の辺縁と交差する。つまり、各ダボ２３，２４の側面が交差するのは、頂点Ｐ１に近い側の開口２２１，２２２の中心Ｃ２寄りの領域であり、当該開口２２１，２２２の中心Ｃ２寄りの半分程度までしか各ダボ２３，２４が削られないことになる。

これにより、凸ダボ２３がガス流路２２で削られても肉厚が薄くなる部分が最小限とされ、凹ダボ２４の付近では凹ダボ２４によってガス流路２２間の中実部２１０が削られて肉厚が薄くなる部分が最小限とされ、これらの肉厚の薄い部分が最小限とされることで煉瓦の破損を防止することができる。
さらに、凹ダボ２４および凸ダボ２３として円錐台状のダボを用いたため、製造が容易であるとともに、突起がない分破損しにくくできる。

本実施形態では、上下のチェッカー煉瓦２０のガス流路２２を相互に連通させることができ、積み重ねられた多数のチェッカー煉瓦２０を上下方向に貫通する複数のガス流路を形成できる。
また、多数のチェッカー煉瓦２０をＡＢＣ積みすることで、１〜３段目のチェッカー煉瓦２０の中心を全て水平方向にずれた状態とすることができ、チェッカー煉瓦２０を安定的に積み上げることができる。
さらに、上下に相隣接するチェッカー煉瓦２０、２０の凸ダボ２３と凹ダボ２４が嵌合することで、上下に積み重ねられたチェッカー煉瓦２０を相互に拘束し、チェッカー煉瓦２０間の大きな横ずれを防止できる。
従って、チェッカー煉瓦の荷重を分散し、ダボの割れ欠けを防止し、且つ、上下に隣接する階層同士で通し目地を発生させることなく、目地を通じてのガスの吹き抜け現象も防止できる。

なお、チェッカー煉瓦２０の凸ダボ２３と凹ダボ２４とは、互いに隙間無く密接して嵌合するのではなく、チェッカー煉瓦２０の熱膨張による小さな横ずれを吸収するために、凸ダボ２３と凹ダボ２４とが嵌合した状態で各々の間に例えば２．５ｍｍから５ｍｍの隙間（熱膨張代）を設ける。この熱膨張代は、凸ダボ２３と凹ダボ２４とを嵌合させたときの水平方向の遊び代であり、凹ダボ２４の内径は、凸ダボ２３の外径に当該熱膨張代を加えた大きさとなる。
このような熱膨張代を設けない場合、上下のチェッカー煉瓦２０の熱膨張に差が生じたときに、凸ダボ２３又は凹ダボ２４が破損してしまうおそれがある。これに対し、上記凸ダボ２３と凹ダボ２４間に熱膨張代を設けることにより、熱膨張したチェッカー煉瓦２０が水平方向に最大で前述した熱膨張代分だけ移動可能となるが、この場合、上下に隣接するチェッカー煉瓦２０の間に、この熱膨張代（例えば最大５ｍｍ）の水平方向のずれ（横ずれ）が発生する可能性があることを考慮しておくことが望ましい。

〔他の実施形態〕
前述した実施形態では、チェッカー煉瓦２０の上面２５に凸ダボ２３を設け、下面２６に凹ダボ２４を設けたが、チェッカー煉瓦２０の下面２６に凸ダボ２３を設け、上面２５に凹ダボ２４を設けてもよい。

前述した実施形態では、凹ダボ２４および凸ダボ２３は円錐台状としたが、これらは六角形の角錐台状（例えば図２５〜図２７の凹ダボ２４Ａおよび凸ダボ２３Ａ参照）であるとしてもよい。
角錐台状のダボを用いる場合、凹状のダボと凸状のダボとの間で面接触を形成することができ、破損の回避に有効である。とくに六角形の角錐台状とすれば、各頂点部分が１２０度コーナーとなって突起としても緩やかで、破損しにくくできる。

以下、本発明の実施形態のより具体的な実施例について説明する。
〔実施例１〕
図１３から図１５には、前述した図２〜図６のチェッカー煉瓦２０を具体化した実施例１が示されている。
本実施例では、ガス流路２２は六角形の断面を有し、対向二面の幅を３０ｍｍとし、中実部２１０の幅（リブ幅）は全て１５ｍｍとした。
上面２５の凸ダボ２３は、円錐台状の下部径を２５ｍｍ、上部径を２０．５ｍｍとした。
下面２６の凹ダボ２４は、円錐台状の下部径（下面２６に開口する側）を２８ｍｍ、上部径を２３．５ｍｍとした。
凹ダボ２４と凸ダボ２３とは、互いに煉瓦本体２１の中心まわりに６０度回転させた位置に設置した。煉瓦の高さは施工性を考慮して１５０ｍｍとした。

〔比較例１〕
図１６から図１８には、本発明に含まれないチェッカー煉瓦２０Ｚの比較例１が示されている。
この比較例１は、前述した実施例１に対して凸ダボ２３および凹ダボ２４の大きさが異なる。他の条件は前述した実施例１と同じである。
上面２５の凸ダボ２３は、円錐台状の下部径を２９．５ｍｍ、上部径を２４ｍｍとした。
下面２６の凹ダボ２４は、円錐台状の下部径を３１．５ｍｍ、上部径を２７ｍｍとした。
このように凸ダボ２３および凹ダボ２４が大きく形成されることで、各々はガス流路２２の開口２２１，２２２の頂点Ｐ２を超えて上面２５または下面２６の頂点Ｐ１側まで拡がっており、これにより凸ダボ２３および凹ダボ２４はガス流路２２によって大きく削られている。

〔比較例２〕
図１９から図２１には、本発明に含まれないチェッカー煉瓦２０Ｚの比較例２が示されている。
この比較例２は、前述した実施例１に対して凸ダボ２３および凹ダボ２４の大きさが異なる。他の条件は前述した実施例１と同じである。
上面２５の凸ダボ２３は、円錐台状の下部径を３２．５ｍｍ、上部径を２７．５ｍｍとした。
下面２６の凹ダボ２４は、円錐台状の下部径を３５．５ｍｍ、上部径を３０．５ｍｍとした。
このような比較例２では、凸ダボ２３および凹ダボ２４が比較例１よりも更に大きく形成されることで、各々はガス流路２２の開口２２１，２２２の頂点Ｐ２を大きく超えて上面２５または下面２６の頂点Ｐ１側まで拡がっており、これにより凸ダボ２３および凹ダボ２４はガス流路２２によって更に大きく削られている。

〔比較例３〕
図２２から図２４には、本発明に含まれないチェッカー煉瓦２０Ｚの比較例３が示されている。
この比較例３は、直径３０ｍｍの円形断面のガス流路２２’および開口２２１’，２２２’を形成した点で前述した実施例１と異なる。凸ダボ２３および凹ダボ２４の大きさを含めた他の条件は前述した実施例１と同じである。

〔結果〕
前述した実施例１、比較例１、比較例２、比較例３の形状にて煉瓦の製造を実施した結果、実施例１および比較例１、比較例３の形状は製造することができた。
しかし、比較例２のチェッカー煉瓦は、凹ダボ２４の周囲の煉瓦厚みが８ｍｍしかなく、製造時に欠落して製品にできなかった。
また、比較例１のチェッカー煉瓦は、製造することはできたものの、凹ダボ２４部の周囲の厚みが１２．１ｍｍとリブ厚より薄いため、当該部分から亀裂が発生しており、製品化が難しいことが解った。
一方、比較例３のチェッカー煉瓦は、煉瓦製造上の問題はなかったが、実施例１と比較しガス流路表面積が４％小さく、また単体重量が５％重くなり、経済的に熱ロスが大きい。これはガス流路２２’が円形であることから、中実部２１０’の厚みが均一でなく、その薄い部分と厚い部分で蓄熱時間の差が発生するためである。
表１に実施例１および比較例３の煉瓦形状を示す。

さらに、実施例１と比較例３とを比較として、実炉３２００ｍ^３用高炉の熱風炉に組み込み、２年間使用した後調査を行った結果、実施例１のチェッカー煉瓦は凹ダボ２４の周囲の厚みがリブ厚（中実部２１０’の厚み）より大きく、使用後も健全であった。
従って、比較例１〜３の何れに対しても、本発明に基づく実施例１が優れたものであるといえる。

〔実施例２〕
図２５から図２７には、本発明に基づくチェッカー煉瓦２０の実施例２が示されている。
実施例２のチェッカー煉瓦２０は、前述した実施形態および実施例１における凸ダボ２３および凹ダボ２４（図２および図３参照）が円錐台状であったのに対し、六角錐台状の凸ダボ２３Ａおよび凹ダボ２４Ａとされている。それ以外の条件は前述した実施例１と同様である。
このような実施例２のチェッカー煉瓦２０を試作した結果、製造可能であり、かつ実炉使用においても各ダボ２３，２４の周辺での亀裂が無いことが確認された。
実施例１のように各ダボ２３，２４が円錐台状である場合、相互の嵌合が線接触となることから、面接触となる実施例２がより好ましいといえる。

本発明は、熱風炉の蓄熱室内に組み込まれるチェッカー煉瓦として利用できる。

１…熱風炉
１０…蓄熱領域
１１…排ガス出口
１２…冷風入口
１３…熱風出口
２０…チェッカー煉瓦
２０Ｚ…チェッカー煉瓦
２１…煉瓦本体
２１０…中実部
２２…ガス流路
２２１…開口
２２２…開口
２３…凸ダボ
２４…凹ダボ
２５…上面
２６…下面
２７…側面
２７１…側面平部
２８…第１流路溝
２９…第２流路溝
３０…角部
３…蓄熱室
４…燃焼室
５…煙突
６…ガス管
７…空気管
８…バーナー
９…連絡管
Ｃ１…中心
Ｃ２…中心
Ｐ１…頂点
Ｐ２…頂点
Ｓ…線分

Claims (3)

1. 上面、下面、６つの側面および前記側面が互いに交わる６つの角部を有する六角柱状の本体を有し、
   前記本体には、前記本体を貫通して前記上面および前記下面にそれぞれ開口しかつ断面形状が六角形である１９個のガス流路が形成され、
   前記ガス流路は、前記６つの側面のうち平行に相対する２つの側面間に３個、４個、５個、４個、３個ずつ５列に配置され、かつ前記ガス流路の断面形状の六角形の６つの頂点がそれぞれ前記側面の何れかに直交する方向に向けて配置され、前記ガス流路の断面形状の六角形の辺どうしが対向しかつ何れも同じ間隔で配置されており、
   前記６つの側面には、それぞれ前記上面から前記下面まで連続する２本の第１流路溝が形成され、前記第１流路溝は断面が前記ガス流路の断面形状である六角形を対向する辺の中点を結ぶ線で半分に切断した形状を有し、
   前記６つの角部には、それぞれ前記上面から前記下面まで連続する１本の第２流路溝が形成され、前記第２流路溝は断面が前記ガス流路の断面形状である六角形を一つの辺を挟む一対の辺の中点と六角形の中心とを結ぶ線で１／３に切断した形状を有し、
   前記上面には凸状または凹状の何れか一方である３つのダボが形成され、前記下面には凸状または凹状の何れか他方である３つのダボが形成され、
   前記ダボは、それぞれ前記上面または前記下面における前記本体の六角形の頂点から前記上面または前記下面の中心に至る線分上にある２個の前記ガス流路の開口にまたがって配置され、
   前記ダボの側面は、それぞれ前記２個の前記ガス流路の開口のうち、前記本体の六角形の頂点に近い側の開口における、前記ガス流路の断面形状の六角形の頂点のうち、前記線分から最も離れた一対の頂点よりも、前記上面または前記下面の中心寄りの領域で前記開口の辺縁と交差し、
   前記上面および前記下面の３つの前記ダボは、前記上面または前記下面における前記線分の中点に配置され、かつ前記上面または前記下面の中心から見て互いに１２０度間隔で配置され、
   前記上面の３つの前記ダボと前記下面の３つの前記ダボとは、互いに６０度回転させた向きの前記線分上に配置されていることを特徴とするチェッカー煉瓦。
2. 請求項１に記載したチェッカー煉瓦において、
   前記ダボは円錐台状または六角形の角錐台状であることを特徴とするチェッカー煉瓦。
3. 請求項１または請求項２に記載したチェッカー煉瓦において、
   前記ダボは前記本体の上下方向にテーパを有することを特徴とするチェッカー煉瓦。

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