JPH0629678Y2 - 予熱炉用加熱器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、予熱炉に装入された金属スクラップ，石灰
石，鉄鉱石，各種合金等の塊状又は粉粒状の原料を予熱
する際に使用する加熱器に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、金属スクラップ等の原料を、予熱された状態
で溶解炉や精錬炉に装入するとき、溶解炉や精錬炉で消
費される電力等のエネルギーが予熱分だけ節減され、ま
た炉内反応も円滑に進行する。そこで、この原料予熱を
行うため、従来から各種の方法が提案されている。

たとえば、特開昭58-184484号公報においては、予熱用
容器に装入された屑鉄の中央部に縦孔を設け、この縦孔
に上方に設けたバーナから高温ガスを高速で吹き込んで
いる。吹き込まれた高温ガスは、縦孔から容器の底面に
沿って流れ、屑鉄内を上昇する。このガスの流れによっ
て、容器内の底部にある屑鉄も加熱される。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、このような予熱方法によるとき、屑鉄の表層
とバーナとの間の隙間から高温ガスが逸散しやすく、予
熱効率が低下する。また、この隙間から逸散した高温ガ
スによって縦孔の肩部にある屑鉄が局部的に過熱され、
軟化した屑鉄が縦孔内に崩れ落ち易くなる。崩れ落ちた
屑鉄は、高温ガスの流れを阻害し、原料に対する高温ガ
スの供給が不均一になる。そのため、予熱される原料の
種類にもよるが、通常の屑鉄を原料とする場合にあって
は、原料の崩れ落ちを回避する上から最高予熱温度が30
0〜400℃に制限されている。

このような問題は、特開昭58-184484号公報で対象とし
た屑鉄に限らず、縦孔に高温ガスを吹き込みながら原料
の予熱を行う限り、他の金属スクラップ，石灰石，鉄鉱
石，各種合金等においても同様に生じるものである。

そこで、本考案は、原料層の中央部に形成された縦孔の
肩部に当接する輪郭をもち、しかも高速で高温ガスを噴
射させることができる形状にすることにより、加熱器と
原料の表層との間から高温ガスが逸散すること及び縦孔
内への原料の崩れ落ちを防止し、安定した条件下で効率
良く原料の予熱を行うことができる加熱器を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の予熱炉用加熱器は、その目的を達成するため
に、炉内に投入された塊状又は粉粒状原料の中央部に設
けた縦孔に挿入される先端部と、前記原料の表層又は前
記縦孔の肩部に接触する基部とを備えており、前記基部
及び前記先端部の内部に穿設された高温ガス供給孔を前
記先端部に向けて流路断面積が減少する形状としたこと
を特徴とする。

ここで、加熱器の先端部と基部との間に、半径方向に延
びる当接面を形成しても良い。或いは、加熱器先端部の
外周を、テーパ状に成形しても良い。

〔作用〕

本考案においては、予熱炉に装入された原料の中央部に
設けた縦孔に加熱器の側面が当接しているため、高温ガ
スがこの隙間から逸散することが防止される。そのた
め、特に酸素濃度の高い炉内雰囲気に面する表層部にあ
る原料の酸化が抑えられる。そして、縦孔の肩部が加熱
器の先端部で支持され、縦孔内に挿入された先端部から
高温ガスが噴射されるため、縦孔の周囲にある原料が縦
孔内に崩れ落ちることが抑制される。

また、基部に比較して先端部が小径となっていることに
応じ、基部及び先端部の内部に設けられた高温ガスの流
路は、先端に向かって絞られたものとなっている。した
がって、基部から先端部に流入した高温ガスは、流路面
積の減少に伴って加圧され、高速で先端部から縦孔の下
部まで送られる。このため、縦孔上部の過熱が防止さ
れ、原料層の内部に均等に且つ効率良く供給される。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本考案の特徴
を具体的に説明する。

第１図は、先端部と基部との間に段部を設けた加熱器を
使用して、原料の予熱を行っている状態を示す。

予熱炉は、炉本体１の上部開口を閉塞する蓋体２を備え
ている。この蓋体２には、炉本体１内に装入された原料
３を加熱するための加熱器４、及び炉内で発生した排ガ
スを排気するための排ガス管５を装着するための開口部
がそれぞれ設けられている。そして、炉本体１に装入さ
れた原料３の中央部には縦孔６が掘られ、この縦孔６に
加熱器４の先端部７が挿入されている。

加熱器４は、この先端部７と基部８とを備えている。そ
して、先端部７及び基部８の外周面は、加熱器４の軸に
対して直角な方向、すなわち半径方向に延びた当接面９
で接続されている。この当接面９は、図示したように原
料３の表層に当接され、原料３の表層と加熱器４との間
を通って高温ガスが原料層を通過せずに逸散することを
防止している。

また、先端部７及び基部８の内部には、それぞれ高温ガ
ス供給孔10及び11が形成されている。基部８の高温ガス
供給孔11に、バーナ12から高温ガスがフレーム13として
吹き込まれる。ここで、フレーム13の長さをバーナ12か
ら加熱器４の先端部７下端までの長さよりも短くするこ
とによって、フレーム13の高温輻射熱が原料３に直接伝
わることがなくなる。このため、特にステンレス鋼スク
ラップ等の酸化し易い有価元素を含んでいる原料を加熱
するとき、有価元素の酸化ロスを抑制することができ
る。

この高温ガスは、高温ガス供給孔11から小径の高温ガス
供給孔10に流入する過程で、流路断面積の減少に伴って
圧縮効果を受ける。したがって、高温ガスは、先端部７
の高温ガス供給孔10から、高速で縦孔６内に噴出され
る。

ここで、高温ガス供給孔10の内径をｄ、高温ガス供給孔
11の内径をＤとするとき、内径比Ｄ／ｄを1.6〜３の範
囲に維持することが好ましい。これにより、通常の操業
状態で、高温ガス供給孔10から噴射される高温ガスの流
速を50〜100ｍ／秒に上げることができる。この内径比
Ｄ／ｄが1.6未満のときには、期待する昇圧効果が得ら
れず、高温ガスが縦孔６の底部まで侵入せず、抵抗の小
さい部分、たとえば原料同士の間隙の大きい部分のみに
集中的に吹き抜けるようになる。逆に、内径比Ｄ／ｄが
３を超えると、絞り部での抵抗が過大となり、燃焼空気
用ブロアのガス圧を高くすることが必要になり、実用的
でない。

このように、縦孔６の周囲にある原料３の表層と加熱器
４との間を当接面９で塞ぎ、縦孔６内に進入させた先端
部７から噴出される高温ガスで原料３を加熱している。
そして、先端部７から噴出される高温ガスの流速が高く
なっているため、高温ガスは、効率良く炉本体１の底部
近傍まで到達し、装入された原料３の全体に行き渡る。

なお、本実施例においては、高温ガス供給孔10及び高温
ガス供給孔11の内面に耐火物ライニング14を施して、高
温ガスの保有熱が器壁内面に直接伝わることを防止して
いる。また、先端部７及び基部８の外周に水冷ジャケッ
ト15を設け、水冷配管16から供給された冷却水によっ
て、器壁を水冷している。これらの手段によって、加熱
器４の熱的な保護が図られ、寿命が延長される。

また、先端部７には、縦孔６の形状を保持するサポート
を必要に応じて装着することもできる。このサポートと
しては、原料３に設けた縦孔６内の所定の深さに渡る長
さをもつ円筒体が用いられる。この円筒体の周面には、
高温ガス通過用の孔部を穿設しても良い。

第２図は、テーパ状の先端部をもつ加熱器を使用した例
を示す。

すなわち、加熱器４の基部８に連続した先端部７を、図
示のようにテーパ状の周面をもつものとしている。そし
て、先端部７のテーパ面を、縦孔６の肩部に当接させて
いる。これによって、原料３の表層と加熱器４との間の
隙間がなくなり、先端部７から噴出される高温ガスは、
効率良く縦孔６に送り込まれ、原料３の加熱に消費され
る。

このように当接面９又はテーパ状の先端部７によって、
原料３の表層又は縦孔６の肩部が押さえられているた
め、縦孔６の周囲にある原料３が縦孔６内に崩れ落ちる
ことが抑制される。したがって、先端部７から噴出した
高温ガスの流れが阻害されることがなくなる。この崩れ
落ち防止効果が前述の先端部７からの高温ガスの高速化
と相俟って、予熱効率を向上させ、しかも予熱可能温度
を高めることを可能にする。

また、先端部７をこのようにテーパ状の周面をもつ先細
り状にすることにより、縦孔６内に加熱器４を挿入する
作業が容易となる。そして、挿入に従い先端部７の周面
が縦孔６の肩部に当たり、加熱器４のセンタリングが自
動的に行われる。なお、第２図の例においても、内径比
Ｄ／ｄを第１図の例と同様に1.6〜３とすることが好ま
しい。この場合、ｄは、先端部７下端の内径を指す。

水冷ジャケットは、第３図に示すように加熱器先端部の
下端近傍のみに取り付けてもよい。本実施例における加
熱器４の先端部７には耐熱カバー17が装着されている。
そして、耐熱カバー17の下端近傍位置に、水冷ジャケッ
ト15を配置している。この取付け位置は、特に高温ガス
による熱変形等の熱損傷が大きな先端部７の下端部を保
護すると共に、水冷ジャケット15による過大な抜熱を抑
えることができる。

ここで、耐熱カバー17は、下方に向かって先絞り状に成
形されており、縦孔６に対する先端部７の挿入をスムー
ズに行うことを可能にする。耐熱カバー17の先絞り状の
形状は、先端部７を縦孔６に挿入する際に、原料３との
摺動摩擦を軽減することにも役立つ。

本実施例においては、更に、二重構造の鉄皮18を先端部
７に設けている。そして、鉄皮18の両側面に耐火物19,2
0が張り付けられ、先端部７を高温から保護している。
内側耐火物19は鉄皮18に突設されているひれ部材21で支
持され、外側耐火物20は鉄皮18に突設されたピン22で支
持している。また、鉄皮18と耐火物19,20との間にセラ
ミックスファイバー布（図示せず）が配置されており、
鉄皮18の熱膨張を吸収することができる。

次いで、ステンレス鋼スクラップ等を原料３として予熱
炉に装入し、その原料３に設けた縦孔６に第１図に示し
た加熱器４の先端部７を挿入し、予熱を行った結果を示
す。なお、加熱器４としては、高温ガス供給口の内径が
Ｄ＝1520mm，ｄ＝700mm，Ｄ／ｄ＝2.2のものを使用し
た。

高温ガスとしては、灯油を燃焼させて得た温度900℃の
燃焼ガスを使用し、これを流量450Ｎm³／分の割合で先
端部７から噴出させ、原料３に送り込んだ。この条件下
で予熱を１時間継続すると、原料３は600〜700℃に加熱
された。また、縦孔６の周囲にある原料３の崩れ落ちに
起因して高温ガス流に乱れが生じることもなかった。そ
して、原料３の表層部に沿った高温ガスの逸散がないた
めに、特に表層部近傍にある原料３の酸化も避けられ、
予熱効率も40％以上の高い値を示した。ここで、予熱効
率とは、（原料の顕熱）／（予熱炉に投入された熱量）
×100（％）で表した。

これに対し、縦孔６に挿入される先端部７のない加熱器
４を使用し、他は同様な条件下で予熱を行ったところ、
炉内温度が300℃を超える辺りで高温ガスの流れに乱れ
が生じ、原料３を均一に加熱することができなくなっ
た。これは、加熱器４と原料３の表層との間から逸散す
る高温ガスによって、縦孔６の肩部が高温に過熱されて
変形、軟化し、原料３の崩れ落ちがあったものと推測さ
れる。この点で、最高予熱温度を500℃以上にすること
ができず、予熱効率も30％程度に留まった。

〔考案の効果〕

以上に説明したように、本考案においては、予熱炉に装
入された原料に設けられた縦孔に、加熱器の先端部を挿
入し、原料の表層と加熱器の周面を当接させた状態で、
先端部から噴出される高温ガスにより原料の予熱を行っ
ている。そのため、縦孔の肩部が加熱器の周面で支持さ
れ、縦孔の周囲にある原料が縦孔内に崩れ落ちることが
防止され、安定した条件下でしかも高い予熱温度に原料
を加熱することができる。また、原料の表層部に沿った
高温ガスの逸散を抑制できることから、予熱された原料
の酸化が抑えられる。このように、高い予熱温度に加熱
され酸化度の少ない原料は、後工程の溶解炉や精錬炉で
消費される電力等のエネルギーを節減し、歩留り良く溶
解，精錬等の作業を行うことを可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は先端部と基部との間に段差を付けた加熱器を使
用して原料を予熱している状態を示す図、第２図は先端
部をテーパ状にした加熱器を使用して原料を予熱してい
る状態を示す図、第３図は先端部にのみ水冷機構を設け
た加熱器を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内に投入された塊状又は粉粒状原料の中
   央部に設けた縦孔に挿入される先端部と、前記原料の表
   層又は前記縦孔の肩部に接触する基部とを備えており、
   前記基部及び前記先端部の内部に穿設された高温ガス供
   給孔を前記先端部に向けて流路断面積が減少する形状と
   したことを特徴とする予熱炉用加熱器。