JPH01245090A - コークス炉端フリュー昇温用セラミックバーナ - 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） 本発明は、室炉式コークス炉でコークスを製造するに際
し、不均一乾留を改善するための窯口部端フリューの昇
温用バーナに関するものである。

（従来の技術） 鉄鋼業におけるコークスの製造目的は、高炉の操業が能
率よく行われるのに適した、品質の安定したコークスを
高炉に供給することである。したがって、コークスの役
割は、■高炉内の通気をよくするためのスペーサの役割
、■還元剤としての役割、■燃焼による熱源としての役
割、■銑鉄およびスラグに熱を与える熱交換媒体として
の役割、等がある。特に高炉上部に装入されてから下部
に到達するまでに損傷が少なくもとの形状が維持される
ような、硬く緻密で反応性の低いコークスが要望される
。

ところで、コークスを製造するコークス炉は、蓄熱室上
部に炭化室と燃焼室が交互に並べられて炉団をなしてい
る。そして炭化室は長さが１２〜１６ｍ、高さが４〜７
ｍ、幅が４００〜４５０　ｔｍで石炭装入量が１２〜３
０Ｌ程度の大きさで、コークスの押出しを容易にするた
めに、コークガイド車のある側が押出器のある側よりも
４０〜７５ｗ幅を広くとっている。すなわち、コークス
炉は石炭を乾留する炭化室と、燃料ガスを燃焼させる燃
焼室と、燃焼ガスの余熱を利用するための蓄熱室、およ
び蓄熱室下の水平煙道から成り、燃焼室は多数のフリュ
ーに細分化されている。

しかして、上記した構成のコークス炉の加熱には発熱量
の高いコークス炉ガス、または発熱量の低い高炉ガスが
使用されている。コークス炉ガスを用いて加熱する場合
は蓄熱室では空気だけを予熱し、コークス炉ガスは蓄熱
室を通らないで各フリューに供給される。一方、高炉ガ
スを用いて加熱する場合は、高炉ガスと空気が水平煙道
を経てそれぞれ別の蓄熱室で予熱されてフリューに入る
。

そして、フリュー内で高炉ガスと空気が混合されて燃焼
し、燃焼廃ガスはさらに別の蓄熱室に引落とされ、蓄熱
室内の蓄熱レンガを加熱して水平煙道を経て煙道にぬけ
る。このようなコークス炉では予熱、蓄熱を繰返し熱効
率を高めるため、２０〜３０分ごとにガスの流れの方向
を転換させている。

（発明が解決しようとする課題） 室炉式コークス製造法は周知の通り、原料炭を装入した
炭化室を両端の燃焼室からレンガ璧を介して加熱してコ
ークスを製造する方法であるが、この方法で製造される
コークスは炭化室の炉長、炉高、炉幅の３方向で大きな
品質偏差、乾留温度偏差のあることが知られている。

従って、最近ではコークス炉の乾留熱効率化とコークス
品質の安定化が重要視されるに伴い、上記コークス炉内
の品質および乾留温度改善が大きな課題となっている。

特に炉長方向の品質偏差および乾留温度差に関していえ
ば、コークスを押出す押出機側、およびコークスを受け
る消火車側の窯口部における偏差が際立って大きく、こ
れら窯口部の不均一乾留の改善をはからなければコーク
ス炉の乾留効率化とコークス品質の安定化はあり得ない
とさえ言えるほどである。

ところで、コークス炉の窯口部は通常の操業を行う限り
、装入炭の嵩密度が低く、かつ端フリューの温度が炉長
方向のフリュー温度の平均値より１００℃近く、あるい
はそれ以上低いことに加え、炉蓋からの放熱もあるため
に中央部より乾留が大幅に遅れ、コークスの乾留温度が
低く、コークス品質も大きく劣ることになる。

そこで近年、コークス炉窯口部の昇温対策として、端フ
リューに燃料ガス導入用のノズルを別途増設する方法が
提案されているが（「鉄と鋼ｊ　Ｖｏ１７２．５８４３
．１９８６）　、端フリューに燃料ガスのみを導入する
場合は、燃焼に要する空気量の制約を受けるため、導入
できる燃料ガス量はわずかであり、十分な端フリューの
温度上昇は得られなかった。

本発明は、従来の前記窯口部コークスの乾留遅れおよび
品質低下を改善するためになされたものであり、端フリ
ューに別途加熱機構を付与することによって窯口部コー
クスの積極的な乾留促進を図る方法において、有効なセ
ラミックバーナを提供するものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明は、コークス炉におけ
る端フリューに設置されて端フリューを昇温するバーナ
であって、前記端フリュー内に臨ませる燃料ガスノズル
及び燃焼用空気ノズルを、ムライト（３ＡＩ２０．・２
ＳｉＯ□）を主成分とし、炭化珪素（ＳｉＣ）を５〜３
０体積％含有して成るセラミックスで形成したものであ
る。

（作　　用） 本発明において、燃料ガスノズル及び燃焼用空気ノズル
をムライトを主成分とし、炭化珪素を５〜３０体積％含
有して成るセラミックスで形成したのは以下の理由によ
る。

端フリューバーナは、炉壁から操入されるが、炉内部で
生じる条件は、最高約１２５０℃まで加熱され、２０〜
３０分毎に約１５０℃の温度差で加熱フリュー切替えに
よる熱サイクルが生じる。したがって、バーナノズルに
要求される特性としては、約１２５０℃に耐える耐熱性
、ガスの燃焼停止に伴う耐熱衝撃性、長期間に亘って使
用するため耐クリープ性等が必要となる。本発明の如く
、空気、燃料を導入する場合、燃料ノズルは更に高温、
熱衝撃、酸化にさらされているものと推定される。従っ
て通常の鋼およびステンレス鋼製のバーナでは、酸化お
よびクリープ変形してほとんど機能を果たさない。

そこで、セラミックスを採用するのであるが、本発明で
はセラミックスのうち特にムライト−炭化珪素複合材を
採用することとしている。

これは本発明者の種々の検討から得られた結果によるも
のであり、以下詳細に説明する。

セラミックスは一般に耐熱性を有した材料であるが、耐
熱衝撃性は材質によってかなり異なる。

耐熱衝撃性は一般に次式で表せる。

Ｅα 但し、ｋ：熱伝導率 Ｓ二強　　　度 シ：ポアッソン比 Ｅ：ヤング率 α：膨張係数 すなわち、耐熱衝撃性を高めるためには、高熱伝導率、
高強度、低熱膨張率、低ヤング率の特性を備える必要が
ある。代表的なセラミックスの耐熱衝撃性を下記第１表
に示す。

上記第１表より明らかなように、酸化物系セラミックス
のうちでは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ２）　、ジルコニア（
ＺｒＯ□）は膨張係数が高いために劣っているが、ムラ
イトは比較的良好である。一方、非酸化物系セラミック
スのうちでは、窒化珪素（ＳｉＪ＜）が優れている。し
かしながら、非酸化物系セラミックスは使用雰囲気での
酸化が問題となる。すなわち、窒化珪素または炭化珪素
が酸化によって酸化珪素（ＳｉＯｇ）のガラス相を生成
し、損傷するからである。

この酸化損傷は炭化珪素よりも窒化珪素の方が著しい。

また、炭化珪素と窒化珪素の複合材も開発されているが
、本質的には変わらない。

一般にセラミックスの強度を高めるとヤング率も増加す
るため、耐熱衝撃性を向上させるには、膨張係数低下と
ともに熱伝導率を高めることが重要な手法である。

そこで、本発明者は酸化物セラミックスの中では、安定
で比較的耐熱衝撃性の高いムライトに、熱伝導率の高い
炭化珪素を添加したムライト−炭化珪素複合材を開発し
た。炭化珪素をムライトに混合し焼成した場合には単独
では酸化されやすい炭化珪素が、ムライトとの組み合わ
せでは極めて酸化されにくいことを見い出して、この複
合材を開発するに至った。このバーナはムライトおよび
炭化珪素粉末を混合して成形および焼成したもので１、
耐熱衝撃性に優れているとともに、耐熱性、耐クリープ
性にも優れている。

しかし、第１図に示すように炭化珪素の添加量が５体積
％未満ではほとんど添加効果が無＜、３０体積％を超え
ると炭化珪素の酸化が生じ劣化する。

また、組織観察から、炭化珪素が３０体積％以下の材料
では、炭化珪素粒子がムライトの粒界に存在し、通常ム
ライトの粒界に存在する微量のガラス相で炭化珪素粒子
が被覆されるため、炭化珪素が酸化に対して安定である
ことが判明した。

そこで本発明ではムライトに炭化珪素を５〜３０体積％
含有したセラミックスでノズルを形成することとしたの
である。

本発明に係るセラミックバーナは、端フリュー内に臨ま
せる燃料ガスノズル及び燃焼用空気ノズルを、ムライト
を主成分とし、炭火珪素を５〜３０体積％含有して成る
セラミックスで形成したため、耐熱性、耐熱衝撃性、耐
クリープ性に優れ、長期間に亘って使用できる。

（実　施　例） 以下本発明を第２図に基づいて説明する。

第２図において、１は端フリューの炉壁であり、該炉壁
１に所要の開孔２．３を設け、夫々燃料ガスノズル４と
燃焼用空気ノズル５を端フリュー内に臨ませている。

そして、これら両ノズル４．５から燃料ガスと空気を端
フリュー内に導入し、燃焼量を任意に調節して所定の温
度まで端フリューを昇温させるのである。

しかして、本発明に係るセラミックバーナ６の前記両ノ
ズル４．５は、平均粒径０．４　μｍのムライトを主成
分とし、平均粒径０．５μｍの炭化珪素を５〜３０体積
％をボールミル中に入れ湿式粉砕と同時に混合する方法
で混ぜ合わせ、ＣＩＰ法（等方加圧成形法）で成形した
後、無酸化雰囲気中で１６００℃で焼成する方法によっ
て作製した。

端フリューセラミックバーナ６の各ノズル４．５の構造
は第２図、材質は下記第２表に示すとおりとした。実操
業のコークス炉に１週間使用してバーナの状況を調査し
た。この結果、ステンレス鋼、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎａ）
　、炭化珪素（ＳｉＣ）　、ムライト−５０体積％炭化
珪素については酸化損傷が発生し、またアルミナ、ムラ
イトにはクラックが発生していた。一方、本発明品につ
いては、何ら損傷も無くクリープ変形も無かったことか
ら、本発明品の効果が確認できた。

第２表　セラミックバーナ鱈吏用結果 Ｃ：クランク発生　　○：酸（ｕＭ耳　　ＯＫ＝間面ナ
シすなわち、従来の燃料ガスのみを別途導入する方法で
は、空燃比の制約を受けるために端フリューの昇温効果
としてはたかだか２０℃程度であり、炉長方向フリュー
温度の平均値よりも１００℃近く低い端フリューに対し
て十分な上昇幅とは言えず、したがって窯口部コークス
の乾留遅れを改善する効果としては不十分であった。

これに対し、本発明バーナを使用した場合には燃焼ガス
と同時に空気も吹込むために基本的には空燃比の制約は
なく、いくらでも燃焼量を増大させることが可能であり
、また任意のカロリーの燃料ガスをも長期間に亘って使
用できることになる。

但し、端フリューの温度上昇幅の最大値は、窯口部レン
ガの熱膨張による歪によって制約を受けることになる。

すなわち、窯口と炉蓋の間に隙間ができて乾留ガスがも
れ、黒煙発生トラブルとなるために操業ができなくなる
からである。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、コークス炉における端フ
リューに設置されて端フリューを昇温するバーナであっ
て、前記端フリュー内に臨ませる燃料ガスノズル及び燃
焼用空気ノズルを、ムライトを主成分とし、炭化珪素を
５〜３０体積％含有して成るセラミックスで形成するこ
とにより、耐熱性、耐熱衝撃性、耐クリープ性に優れ、
長期間に亘って使用できることとなり、従って乾留の均
一化による生産性の向上および乾留熱量の低減に大きな
効果が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はムライト−炭化珪素複合セラミックスの特性図
、第２図は本発明の一実施例の概略図である。 ４は燃料ガスノズル、５は空気ノズル。 Ｎ１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コークス炉における端フリューに設置されて端フ
   リューを昇温するバーナであって、前記端フリュー内に
   臨ませる燃料ガスノズル及び燃焼用空気ノズルを、ムラ
   イト（３Ａｌ＿２Ｏ＿３・２ＳｉＯ＿２）を主成分とし
   、炭化珪素（ＳｉＣ）を５〜３０体積％含有して成るセ
   ラミックスで形成したことを特徴とするコークス炉端フ
   リュー昇温用セラミックバーナ。