JPH01155189A - 工業窯炉の炉壁耐火物の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、非鉄金属製錬、鉄鋼製錬などの工業におい
て使用される工業窯炉の炉壁耐火物の冷却方法に関する
ものである。

従来の技術 非鉄金属製錬、鉄鋼製錬などの工業において使用される
熱負荷の大きい工業窯炉では、炉内が高温のため、スラ
グ、ガスなどによる侵食、装入物による摩耗、スポーリ
ング等で炉壁耐火物の摩耗が激しい。これらの窯炉のう
ち炉壁耐火物の張り替えが操業上容易に行なえないもの
については、炉壁耐人物の寿命延長のために電融鋳造煉
瓦や炭素質煉瓦などの高級煉瓦を用いたり、外部より炉
壁耐火物を冷却したりしている。

炉壁耐火物の主な冷却方法には、鉄製外壁である鉄皮の
内面に冷却体を内蔵する冷却板（盤）冷却式とステーブ
冷却式、鉄皮の外面から冷却する散水冷却式とジャケッ
ト冷却式があり、単一または複数の方式を組み合わせて
使用されている。冷動板（盤）冷却式は第１図（ａ）に
示すように鉄皮１の内面の炉壁煉瓦２０間に水平に冷却
水３０通っている冷却板（盤）４を差し込んで隣接する
煉瓦を冷却する方法である。冷却板の材質は、純銅鋳物
が多く、一部には鋼板溶接製、鋳鉄製のものも使用され
る。

ステーブ冷却式は第１図ら）に示すようにステーブクー
ラ５と呼ぶ冷却体を鉄皮１の内壁面に沿って耐火物２と
の間に設置し、給排水口を鉄皮の外側に取り出して、冷
却水３を供給する方法である。

散水冷却式は第１図（Ｃ）に示すように鉄皮１の外表面
に直接散水３する方法である。

ジャケット冷却式は第１図（ｄ）に示すように鉄皮１自
体を水冷ジャケット６として通水３する方法である。

発明が解決しようとする問題点 熱負荷の大きな工業窯炉では、その熱負荷と冷却能力が
バランスするまでは、炉壁耐火物は比較的短期間で損耗
し、以後残存耐火物の厚みは安定してくる。

冷却板冷却式では、冷却板と冷却板の中間部分では冷却
能力が劣るので炉壁の損耗が大きく、冷却板周辺で良く
残存するため、炉内面が波打ったような形となる。この
ため、冷却板の先端部分の熱負荷が大きくなり、漏水事
故が発生することがある。炉壁の維持という点では、冷
却板自体が煉瓦の支えとなるので、煉瓦の崩落は少ない
。しかし、冷却板の挿入枚数には実用上限界があり、高
濃度酸素製錬などの熱負荷が特に高い場合、損耗が鉄皮
にまで達することがある。ステーブ冷却式、散水冷却式
、ジャケット冷却式では、炉壁耐火物がほぼ平滑に浸食
される。しかし、熱負荷の大きい部分では炉壁煉瓦の残
存厚みが薄くなり、煉瓦の抜は落ち、崩落等でステーブ
クーラあるいは鉄皮が直接高温雲囲気にさらされ、鉄皮
亀裂などの炉体の損傷が発生し易くなる。

以上の問題点は、通常の耐火煉瓦の熱伝導率が１〜４ｋ
ｃａｌ／ｍ−ｈ・℃程度と小さいことに起因し、高い熱
負荷とバランスした時には、どうしても残存厚みが薄く
なってしまう。これを解決する一手段として炭化けい素
煉瓦や炭素質煉瓦など熱伝導率のさらに大きい煉瓦を用
いる方法もある。しかし、これらは高価であるし、高温
酸化雰囲気など条件によっては使用できない。

本発明の冷却方法は、この耐火煉瓦の熱伝導率が小さい
という欠点を補い熱的にバランスした時の残存煉瓦の厚
みを均一に増すことで炉壁を保護し、炉壁耐火物の寿命
を大幅に延長することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明による工業窯炉の炉壁耐火物の冷却方法は鉄皮や
ステーブクーラなどの窯炉外殻側の冷却面との接触面接
が広い放熱部と、熱を炉内や炉壁耐火物から放熱部へ伝
える熱伝導部とからなる多数の冷却体を、耐火物と一体
であるいは耐火煉瓦の間に配置して炉壁全体の熱伝導率
を均一に高めることを特徴とする。

この構成は冷却板（盤）冷却式と一見類似しているが、
冷却板（盤）と違い冷却体の中には水などの冷媒は通っ
ておらず、炉内への洩れの心配がなく、又実用上の数の
制限もなく非常に多くの冷却体を配置することができる
。

実施例 第２図（ａ）に示すように、本発明による冷却方法を実
施する工業窯炉の炉壁は炉壁耐火物２と多数の冷却体８
とで構成され、冷却体８は窯炉外殻側の冷却壁９と面接
触する放熱部１１と、耐火煉瓦２０間に配置され、放熱
部から延びる熱伝導部１０とからなる。

単純に第２図ら）のように熱伝導部のみからなる冷却体
を耐火煉瓦の間にはさんだ場合、炉壁の平均伝導率は、 Ｓｔ　十５２ となる。ここでλ１　は冷却体の熱伝導率（ｋｃａｌ／
ｍ・ｈ・℃）、λ２は耐火物の熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍ
−ｈ・℃）、Ｓｌは冷却体の断面積（ｍ’）　、Ｓ２は
耐火物の断面積（ｍ′）である。例えば、熱伝導率が１
０倍（λ１　＝１０λ２）で断面積が１／１０（Ｓ、　
　＝　１／１０　Ｓ２）の冷却体を耐火煉瓦にはさむと
平均熱伝導率は約１．８倍となる。しかし熱伝導部のみ
からなる冷却体を溶接等で冷却面と一体化することは、
施工上の困難さに加え耐火煉瓦の熱膨張による移動で接
合部が破損しやすく、冷却体から冷却面への熱伝導はわ
ずかな面積での接触に依存せざるを得ない。この接触部
分にわずかな隙間があっても熱伝導は悪化するため、炉
内から冷却体への熱の伝わり方によっては逆に耐火煉瓦
の損耗を早める場合もある。又、このような方法では一
般的に耐火煉瓦より融点が低い金属質の冷却体は溶は落
ちてしまう可能性がある。

本発明の特徴である放熱部を持つ冷却体では、冷却体と
冷却面を一体化しなくても放熱部と冷却面の接触面積が
広いため、接触部で十分な熱伝導が確保できる。接触面
積を最大にすると、冷却体から冷却面への熱伝導は、耐
火煉瓦を冷却面へ押しつけて施工した場合と同程度とな
る。結果として、冷却体は隣接する耐火物よりも冷却さ
れ、かつ熱伝導率が大きいため、熱伝導部で周囲の耐火
物を冷却するように働く。冷却体と冷却面を溶接や、ろ
う付けなどで一体化しなくても済むという点から、耐火
煉瓦や耐火物の施工をあまり煩雑にすることがなく、多
数の冷却体を炉壁耐火物中に配置することができる。

本発明の冷却体の形状のいくつかの例を第３図に示す。

放熱部１１の形状は窯炉外殻の冷却面に合わせて、接触
面を平面又は曲面とし、できるだけ広くとるようにする
。熱伝導部１０の形状は煉瓦積みの目地部を利用する場
合には、第３図（ａ）、ら〕に示す平板状に限定される
が、煉瓦を加工する場合や不定形耐火物を利用する場合
、その使用状況等に合わせ自由に選ぶことができる。第
３図（Ｃ）は熱伝導部１０を棒状とした例を示している
。第２図（ａ）に示す例では冷却体が耐火物間に設置さ
れるが、あらかじめ耐火物と冷却体を一体化することが
できる。

冷却体の材質は、併用する耐火物より熱伝導率の高いも
ので、冷却体としての条件を満たす形状に加工できれぼ
、金属質、セラミック質、炭素質などのいづれでもよい
。使用する窯炉の炉内温度、酸化・還元雰囲気、炉内耐
火物との反応等を考慮して最適な材質を選択すれば良い
。

冷却体の放熱部の放熱効率を増すために放熱面にあらか
じめろう材を施しておくと効果的である。

接触部分の密着が不充分である場合、熱伝導率が悪く冷
却体の温度が上昇し、ろう材が一旦溶け、接触部分の熱
伝導率が良好になった状態で固まることによる。

比較例 第４図（ａ）は銅製錬自溶炉反応塔の炉壁構造を示し、
この反応塔では、炉内温度は１３００〜１４００℃であ
り、炉壁煉瓦の維持のため、銅製の水冷式冷却板４が多
数使用されている。冷却板４と冷却板４の間隔は約７０
ｃｍで、炉壁はその間の厚み約３５ｃｍの耐火煉瓦と不
定形耐火物からなる。反応塔外殻である鉄皮１３は水冷
ジャケットとなっている。本発明の冷却体を使用しない
場合、炉壁耐火物とスラグコーティングの残存厚みは、
冷却板４と冷却板の中央部分の侵食の最も大きい部分で
約１９ｃｍとなり炉内面は第４図（ｂ）のように波打っ
た形となる。自溶炉反応塔の炉壁耐火物の侵食は数ケ月
で終了し、残存厚みはその後安定する。本発明の冷却方
法を適用した１８ケ月後でも第４図（Ｃ）のようにほと
んど侵食されていない。冷却板と冷却板の中央部分での
残存厚みは約３８ｃｍでスラグコーティングの厚みを考
慮しても耐火煉瓦の侵食はわずかである。

この実施例で用いた冷却体８は第５図に示すように厚み
３ｍｍの銅板を曲げ加工したもので、熱伝導部の長さ２
７５ｍｍ、放熱部の長さ９０ｍｍで耐火煉瓦１２を両側
からはさむように、即ち目地部に２牧人れるように配置
した。炉内温度が高いので銅製の冷却体が直接炉内に入
ると先端部分が溶は落ちるため、伝熱部の長さは炉壁の
厚みより７５ｍｍ短くした。使用した耐火煉瓦の熱伝導
率はおおよそ３ｋｃａｌ／ｍ−ｈ・℃である。銅の熱伝
導率を３　Ｑ　Ｑｋｃａｌ／ｍ−ｈ　・ｔとみて、冷却
体の入っている２７５ｍｍの部分は耐火煉瓦のみであれ
ば約７０ｍｍの厚みに相当する。これを第４図（Ｃ）の
冷却板と冷却板の中央部分の残存厚みにあてはめると約
１７０ｍｍで冷却体を使用しない場合の残存厚み１９０
ｍｍとほぼ一致する。

発明の効果 本発明の冷却方法を用いると炉壁耐火物の平均熱伝導率
を大きくすることができ、炉内からの熱負荷とバランス
した時の残存耐火物の厚みを増すことができる。

具体的には冷却板（盤〉冷却式にこの方法を併用すると
、冷却板と冷却板の間の耐火物の損耗を減らすことがで
き、炉内面の凹凸が小さくなる。

その結果、冷却板の熱負荷や摩耗も減るので、冷却水の
洩れなどの発生を減少する。又、冷却板と冷却板の間隔
をひろげることができ、高価な冷却板の使用枚数を減ら
すことができる。ステーブ式や鉄皮を冷却する方式に適
用した場合、残存耐火物の厚みが増すため煉瓦の抜は落
ち、崩落、部分的な溶損等が減少し、ステーブクーラや
ジャケットの異常加熱や鉄皮亀裂の発生が少なくなる。

以上のようなことから、炉壁耐火物や鉄皮等の炉体寿命
の延長や操業維持の容易化などの効果が生まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（社）、（Ｃ）、（ｄ）は従来の炉壁耐
火物の冷却方法を示す炉壁構造の概略断面図である。 第２図（ａ）は、熱伝導部と放熱部を持つ冷却体を設置
した本発明による炉壁構造の説明図である。 第２図（ｂ）は熱伝導部だけをもつ冷却体を設置した炉
壁構造の説明図である。 第３図（ａ）、ら）、（Ｃ）は、本発明の冷却体の形状
の例を示す斜視図である。 第４図（ａ）は、銅製錬の自溶炉反応塔炉壁の構造を示
す断面図、 第４図（ｂ）は本発明による冷却方法を採用してない第
４図（ａ）に示す炉壁の侵食状態を示す断面図、第４図
（Ｃ）は本発明による冷却方法を採用した第４図（ａ）
に示す炉壁の状態を示す断面図である。 第５図（ａ）は本発明の冷却体と耐火煉瓦との関係を示
す平面図、 第５図ら）はその側面図である。 ９・・・外殻冷却壁、８・・・冷却体、１２・・・耐火
物。 Ｏつ　　　　　　　　　　　　　　　　　０〕第３図 （Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外殻冷却壁の炉内側面との接触面積を多く取るよ
   うな形状をした熱伝導率の高い冷却体を、炉壁を構成す
   る耐火物中に多数配置することを特徴とする工業窯炉の
   炉壁耐火物の冷却方法。
2. （２）冷却体の材質が銅であることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の冷却方法。
3. （３）冷却体が炉壁の煉瓦の目地に入るようなＬ形もし
   くはＴ形の板からなることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の冷却方法。
4. （４）冷却壁との接触面に、ろう材を施した冷却体を特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の冷却方法。