JPH028293A - 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１２〜１６ｍ、高さが４〜７
ｍ、幅が４００〜４５０　ｍ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器のある側よりも４
０〜７５ｍｍ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
−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太き（、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ｌＯＯ″Ｃ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（、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ＪＶＯ［７２，５８４３，
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
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
。

また、燃焼室は温度が１１００〜１３００’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では、
約１３００’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３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
Ｊｉ−５ｉＣセラミツクスが使用されている（「鉄と鋼
Ｊ　Ｖｏｌ、７２．５８４３．１９８６）。

（発明が解決しようとする課Ｍ） しかしながら、従来用いられているＳｉ３Ｎ、−５ｉＣ
セラミツクスは、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（３Ａ１．０．・２ＳｉＯｚ）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、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３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ことが判
明した。

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エーバーナに対し、構造的
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−送風を操り返すため、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−停止を操り返す。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、コークス炉の押出機側、消火車側の
各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、端フリュー内に臨ませるセラミックス製の燃
料ガスノズルまたは該燃料ガスノズルとセラミックス製
の燃焼用空気ノズルの各ノズル内に、空隙率が６０〜９
０％の多孔質セラミックスを内装しているのである。

すなわち本発明は、バーナを構成するセラミックノズル
内に熱容量を有す熱媒体（フオーム、充填物）を投入す
れば、■燃料、空気の予熱、■燃料、空気がバーナ内管
と直接接触しない、事により急激なバーナ内面の冷却を
防止できるという考察に基づいて成されたものである。

本発明に使用する多孔質セラミックスは、使用温度の耐
熱性を有することは勿論であるが、さらに酸化雰囲気で
あるため、酸化物系セラミックスが好ましい。さらに、
ガスおよび空気を通気させるため、通気性が必要である
。

そして、通気性を確保するためには、多孔質セラミック
スの空隙率が６０〜９０％である必要がある。

空隙率が６０％未満である場合は、通気性が悪く圧力の
損失が大きくなるため燃焼効率が悪く、端フリエ−の増
熱が困難となるからである。一方、９０％を越える場合
は、多孔質セラミックスの保有熱が低くなるとともに、
セラミックス自体の強度が低く、使用中に破片が増加し
て目詰まりが生じ、挿入効果が得られないからである。

なお、多孔質セラミックスは、燃料ガスノズル及び燃焼
用空気ノズルの両者に内装することが望ましい、しかし
、燃焼用空気ノズルについては、バーナノズル内表面が
比較的急冷されにくいので、必ずしも多孔質セラミック
スを内装しなくてもよい。

（作　　用） 本発明は、コークス炉の押出機側、消火車側の各端フリ
エ−に設置されて端フリエ−を昇温するバーナにおいて
、端フリュー内に臨ませるセラミックス製の燃料ガスノ
ズル及び燃焼用空気ノズルの各ノズル内に、夫々空隙率
が６０〜９０％の多孔質セラミックスを内装したもので
あり、ノズル内部に内装した多孔質セラミックスの保有
熱でガス導入時のセラミックスの急冷を緩和し、熱衝撃
による損傷を防止できる。

（実　施　例） 以下本発明を第１図及び第２図に示す一実施例に基づい
て説明する。

第１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は、その両
ノズル４．５の例えばノズル孔７．８近傍の内周面に、
第２図（イ）〜（ハ）に示すように６０〜９０％の空隙
率を有する多孔質セラミックス９を内装しているのであ
る。この多孔質セラミックス９は、第１図及び第２図（
イ）に示すように内周面全域に充填しても、また同図（
ロ）に示すようにリング状に形成し、ノズル内面部のみ
を覆うようにしても効果がある。さらに同図（ハ）に示
すように、ノズル孔７又は８内面部のみを覆うようにし
ても、この周辺の熱応力を緩和する効果がある。なお、
多孔質セラミックス９を内装するノズルはストレート型
（先端部にノズル孔７を設けるタイプ）のものでも同様
の効果が得られる。

第１図に示す構造を有する各種バーナを製作し、コーク
ス炉の端フリューに取り付け、°１ケ月間使用した結果
を下記表に示す。なお、ノズルに内装した多孔質セラミ
ックスの材質はアルミナで、その形状は第２図（イ）に
示すものである。

表　セラミックノズル実験結果 上記表より明らかな如く、本発明セラミックバーナは従
来のセラミックバーナに比較して、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、コークス炉の押出機側、
消火車側の各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、端フリュー内に臨ませるセラミッ
クス製の燃料ガスノズルまたはこの燃料ガスノズルとセ
ラミックス製の燃焼用空気ノズルの各ノズル内に、空隙
率が６０〜９０％の多孔質セラミックスを内装したもの
であり、ノズル内部に内装した多孔質セラミックスの保
有熱でガス導入時のセラミックスの急冷を緩和し、熱衝
撃による損傷を防止できるため、本発明セラミックバー
ナを使用することにより、乾留の均一化、乾留熱量低減
の効果が得られる。

【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（イ）〜（ハ）は第１図の要部拡大断面図
、第３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。 ４は燃料ガスノズル、５は燃焼用空気ノズル、７．８は
ノズル孔、９は多孔質セラミックス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コークス炉の押出機側、消火車側の各端フリュー
   に設置されて端フリューを昇温するバーナにおいて、端
   フリュー内に臨ませるセラミックス製の燃料ガスノズル
   または該燃料ガスノズルとセラミックス製の燃焼用空気
   ノズルの各ノズル内に、空隙率が６０〜９０％の多孔質
   セラミックスを内装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スバーナ。