JPH0264309A - コークス炉端フリューセラミックバーナ - 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。したかって、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元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〜托ｍ、高さが４〜７ｍ
、幅が４００〜４５０ＩｎＩＩｌで石炭装入量が１２〜
３０を程度の大きさで、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機のある側より
も４０〜７５ｍｎ＋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。

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壁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がらなければコーク
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°Ｃ近（、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」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。

つまり十分な端フリュー昇温効果を得るには燃料ガスの
導入だけでは不十分であり、空気も同時に供給する必要
がある。すなわちガスと空気を同時に導入することによ
って高い昇温幅が得られると共に、温度ゾーンを制御す
ることが可能であり、このことを利用した端フリュー昇
温方法を本出願人は特願昭６２−２０５１号で提案して
いる。

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。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
注トラブルとなるために操業ができなくなるからである
。

また、燃焼室は温度が１１００〜１２５０’Ｃと高温の
ため、バーナを設置する場合ノズルの材質が問題となる
。すなわち、バーナノズルに要求される特性としては、
約１２５０°Ｃに耐える耐熱安定性、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ため、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。

したがってセラミックスを使う必要がある。

コークス炉においては、隣接する２つのフリューを交互
に燃焼するため、各フリューは約２０分で燃焼−送風を
繰り返すという４０分程度のサイクルで１００〜１５０
°Ｃの温度履歴を受ける。更にバーナを設置した場合、
第２図に示す如く、温度幅や昇温速度が早くなるため、
本バーナには耐熱性、耐熱衝撃性を有するセラミック材
料が要求される。

しかして、本バーナの材質として耐熱性、高強度の５ｉ
Ｊ４−５ｓＣセラミツクスが使用されている（「鉄と鋼
」Ｖ６１．７２．５８４３，１９８６）　。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来用いられている５ｉ３Ｎ４−３ｉＣ
セラミンクスは、燃料とともに空気を投入し、燃焼を改
善した場合、温度の上昇、雰囲気の酸素量の増加により
耐高温安定性（高温、高酸素雰囲気で安定に存在するか
否かの性質）が問題となり、長期間の使用に耐えず、ま
た価格も高いという欠点がある。

これに対し、本出願人は高純度で粒度を微細に調整した
ムライト（３ＡＩＺＯ３・２Ｓｉ（ｈ）を主成分とした
バーナを特願昭６３−７２５９９号で提案した。

しかし、本出願人らのその後の研究・実験により、高温
での安定性に問題が残ることが判明した。

また、多量に燃料と空気を投入する場合、バーナノズル
内面がこれらのガスで急冷されて第２図に示す線図以上
に温度差が激しくなり、製造上の不均一等の欠陥が残る
場合には熱衝撃によりバーナノズルが破損する場合があ
る。

本発明は、コークス炉の窯口の乾留遅れ、品質低下の改
善のために用いられる端フリューバーナに対し、セラミ
ックスの材質改善により、耐熱衝撃性、耐高温安定性を
付与し、積極的な乾留時間短縮、品質向上を可能にし、
更に経済的にも有利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） コークス炉の温度パターンとしては１サイクル約２０分
で燃焼−送風を繰り返すため、フリューバーナはフリュ
一部の温度履歴に耐え得る性質が要求されていた。しか
しながら、前記した如く近年のように燃料以外に空気も
投入して昇温のための熱量を著しく増加出来るようにな
るとそれに伴い投入ガス量が増加することとなる。

そこで、種々のセラミック材料を用いたバーナが提案さ
れているが、このバーナは前記したようにコークス炉の
温度履歴に合わせて燃焼−停止を繰り返す。この場合特
にガス及びエアーの出口の温度変動が大きい。すなわち
、停止状態から燃焼に移る場合のガスによる急冷、燃焼
から停止に移る場合の雰囲気温度による急熱があるから
である。

しかして、上記急熱の場合はバーナノズルの主に外表面
に圧縮応力が、また上記急冷時にはバーナノズルの内表
面に引張応力が負荷される。一般にセラミックスの圧縮
強度は高いが、引張応力は非常に低いため、セラミック
材料を用いた場合には特に急冷時に留意する必要がある
。

そこで、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において、前記端
フリュー内に臨ませる燃料ガスノズルまたは／及び燃焼
用空気ノズルを、気孔率１５〜４０体積％のムライト（
３八１２０３・２ｓｔｏ□）セラミックスで形成してい
るのである。

本発明において、燃料ガスノズルまたは燃焼用空気ノズ
ルを、気孔率１５〜４０体積％のムライト（３ｔ＋２ｏ
、・２ＳｉＯ□）セラミックスで形成したのは、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。

セラミックスに対する条件としては前記した理由により
、１２５０°Ｃ迄の耐熱性、耐酸化性、耐熱衝撃性等を
具備する必要がある。一方、セラミックスは一般に耐熱
性を有した材料であるため耐酸化性の点から酸化物系セ
ラミックス、例えばアルミナ、ムライト、ジルコニア等
が最も安定である。

しかしながら、いずれも膨張係数が高く、熱伝導率が低
いため耐熱衝撃性に劣る。

そこで本発明では、前記３者の酸化物系セラミックスの
中で、比較的耐熱衝撃性の高いムライトの耐熱衝撃性を
さらに高くしたムライトセラミックスを使用するのであ
る。

すなわち、本発明者は、数々の検討を加えた結果、ムラ
イト組織中に気孔を均一に分散させることで耐熱衝撃性
を大幅に改善できることを知見し、この知見に基づいて
本発明を成立させたのである。

本発明者は、焼結温度を変えて各種気孔率を有したムラ
イト焼結体を作製し、熱衝撃テストを実施した。この結
果を下記表１に示すが、気孔率が向上する程、耐熱衝撃
性が向上することが確認できた。

そして、次に問題となるのは、気孔率がどの程度のもの
であることが必要かである。

今までの使用テストから、耐熱衝撃係数が３００の緻密
質ムライトでは損傷が発生し、耐熱衝撃係数が３４０の
炭化珪素では問題が生じていないことから、炭化珪素並
の耐熱衝撃係数が必要となることが判明している。

したがって、上記表１より明らかなように気孔率が１５
体積％以上ないと耐熱衝撃係数が３４０をこえず、耐熱
衝撃性の向上の効果がほとんど無いといえる。また、気
孔率が５０体積％を超えると耐熱衝撃性は向上するが、
曲げ強度の低下が著しく、クリープ変形、ガス漏れ等の
問題も生じてくる。

したがって、気孔率が１５〜４０体積％のムライト焼結
体が最もバーナーとして適している。そこで、本発明で
は従来の緻密質ムライトに代えて気孔率が１５〜４０体
積％のムライトセラミックスで形成したのである。

なお、ムライトセラミックスとしては、ムライト（３Ａ
１ｚ（ｈ・２ＳｉＯ□）の純度が高い方が望ましいが、
ムライトに比べＡＩｚＯｌ　、ＳｉＯ□の割合が化学量
論的に若干ずれても実用上差し支えない。また、原料お
よび製造工程で混入する程度の不純物、ＦｅｚＯ３、ｋ
ｚＯ、Ｎａ２Ｏなどもバーナーの熱的特性に実害を及ぼ
す恐れはない。

（作　　用） 本発明にかか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または／及び燃焼用空気ノズルを、
気孔率が１５〜４０体積％のムライト（３ＡｌｚＯｘ・
２ＳｉＯ□）セラミックスで形成したものであるため、
気孔が発生応力を吸収し、耐熱衝撃性を向上させる。

（実　施　例） 以下本発明を第１図に示す一実施例に基づいて説明する
。

第１図において、■は端フリューの炉壁であり、該炉壁
１に所要の開孔２を設け、燃料ガス又は燃焼用空気のノ
ズル３を端フリュー内に臨ませている。

そして、これらノズル３から燃料ガス又は空気を端フリ
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４は、ムライ
ト（３Ａ１□０３・２ＳｉＯ□）組織中に１５〜４０体
積％の気孔を均一に分散させたものである。

セラミックス中に気孔を分散させるには、■粉末を成形
する際に成形圧を低くする、■原料粒度を粗粒化する、
■焼結温度を低下させる等の方法があるが、■は成形体
強度が低いため、焼成、までのハンドリング中に変形、
割れが生じる。また、■は気孔の均一性が乏しくなり、
欠陥が大きく、強度の大幅な低下、貫通気孔によるガス
漏れ等も生じる。しかし、できるだけ微細で（１μｍ以
下）、高純度の粉末を用い、低温焼結すれば微細な気孔
が均一に分散したムライト（３ＡＩＺ０３・２ＳｉＯ□
）焼結体を得ることができる。このような高純度ムライ
ト（３Ａ１□０：ｌ・２ＳｉＯ□）粉末を用いることに
よって高強度で耐クリープ性に優れた焼結体を得ること
ができる。このようにして製造した気孔を均一に分散し
たムライト焼結体を使用した５種のセラミックバーナ（
本発明例３種、比較例２種）と、アルミナ（ＡＩ□０３
）及び炭化珪素（ＳｉＣ）のバーナをコークス炉の端フ
リューに設置し、−カバ間使用して調査した結果を下記
表２に示す。

上記表２より明らかな如く、本発明セラミックバーナは
従来のセラミックバーナと比較して耐熱衝撃性、耐高温
安定性が良好であることが確認できた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、コークス炉の端フリュー
内に臨ませる燃料ガスノズルまたは／及び燃焼用空気ノ
ズルを、気孔率１５〜４０体積％のムライト（３Ａｈｏ
ｚ・２Ｓｉ（ｈ）セラミックスで形成したものであるた
め、耐熱性、耐熱衝撃性、耐クリープ性に優れ、長期間
にわたって使用できることとなり、乾留の均一化による
生産性の向上および乾留熱量の低域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図は本発明に係る端フリューセラミックバーナの概
略図、第２図はコークス炉フリューにおける温度履歴の
一例を示す図面である。 ３は燃料ガスまたは／及び燃焼用空気ノズル、４はセラ
ミックバーナ。

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または／及び燃焼用空気ノズル
   を、気孔率１５〜４０体積％のムライト（３Ａｌ＿２Ｏ
   ＿３・２ＳｉＯ＿２）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セラミックバーナ。