JPH0989460A - Shaft furnace - Google Patents

Shaft furnace

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JPH0989460A
JPH0989460A JP7247456A JP24745695A JPH0989460A JP H0989460 A JPH0989460 A JP H0989460A JP 7247456 A JP7247456 A JP 7247456A JP 24745695 A JP24745695 A JP 24745695A JP H0989460 A JPH0989460 A JP H0989460A
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JP
Japan
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furnace
shaft furnace
ceramic
melting
rostrut
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Pending
Application number
JP7247456A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Mishima
雅人 三島
Masao Hattori
雅夫 服部
Susumu Yamada
進 山田
Mitsuyasu Nakajima
三泰 中嶋
Isamu Kondo
勇 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okamoto Corp
Toho Gas Co Ltd
Original Assignee
Okamoto Corp
Toho Gas Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0989460A publication Critical patent/JPH0989460A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the thermal efficiency of a shaft furnace considerably, dispense with cooling water so as to simplify the apparatus, and reduce the work items in the maintenance by introducing a new structure for the grate which enables dispensing with a water-cooled steel-pipe grate and reducing heat-energy loss effectively. SOLUTION: A shaft furnace 10 is charged on a grate 16 placed inside with a material for melting 22 from above, fed from under the grate 16 with a high- temperature combustion gas produced at burners 26, which by being led upward through the grate 16 inside the furnace melts the material for melting 22 by heating. A heat-resistant ceramic 24 formed into a hollow pipe is in use for the grate 16.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、シャフト炉の改良に係り、特に
LNG等の流体燃料をバーナで燃焼せしめ、その燃焼熱
にて鋳鉄用原材料等を溶解して、鋳鉄溶湯等を製造する
ようにしたシャフト炉において、その熱エネルギー損失
を効果的に回避して、熱エネルギー効率を飛躍的に向上
せしめる技術に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to improvement of a shaft furnace, and in particular, burns a liquid fuel such as LNG in a burner, and melts raw materials for cast iron by the heat of combustion to produce molten cast iron or the like. In a shaft furnace, the present invention relates to a technique for effectively avoiding the heat energy loss and dramatically improving the heat energy efficiency.

【0002】[0002]

【背景技術】従来から、所定の溶解材料を加熱溶解(溶
融)せしめる溶解装置として、各種の形式のものが提案
されてきており、その一つとして、炉内に配設したロス
トル上に、炉内上方より溶解材料を装入せしめる一方、
バーナ機構にて発生せしめた高温の燃焼ガスを該ロスト
ルの下方より炉内に供給し、該ロストルを通じて炉内上
方に導くことにより、かかる燃焼ガスにて前記溶解材料
を加熱溶解せしめるようにしたシャフト炉が知られてい
る。
BACKGROUND ART Conventionally, various types of melting devices for heating and melting (melting) a predetermined melting material have been proposed, and one of them has been proposed as a melting device on a rostrul arranged in the furnace. While loading the melted material from the upper inside,
A high temperature combustion gas generated by a burner mechanism is supplied to the inside of the furnace from below the grate, and is introduced into the upper part of the furnace through the grate so that the melting gas is heated and melted by the combustion gas. The furnace is known.

【0003】このようなシャフト炉は、特公昭51−2
9481号公報にも示される如く、スクラップや鉄くず
等の鋳鉄用原材料を溶解して、目的とする鋳鉄溶湯を製
造するために、好適に用いられ得るものであり、特にコ
ークスではなく、LNG等の気体燃料の如き、流体燃料
を熱源として用いるものであるところから、従来のコー
クスを使用するキュポラと比較して、その燃焼管理が容
易なこと、環境に与える影響も少なく、二酸化炭素、一
酸化炭素、酸化窒素、酸化硫黄等の有害なガスの発生や
粉塵の発生量がかなり低減されること、熱効率の面にお
いても、優れている等の特徴を有し、新しい溶解炉とし
て注目を受けている。なかでも、球状黒鉛鋳鉄用溶湯の
製造に際しては、LNG等の硫黄分のない気体燃料を使
用することによって、燃焼ガスから溶湯への加硫が行な
われないために、脱硫処理が必要でない等の特徴も有し
ている。
Such a shaft furnace is disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-2.
As disclosed in Japanese Patent No. 9481, it can be suitably used for producing a target cast iron molten metal by melting a raw material for cast iron such as scrap or iron scrap, and particularly LNG or the like, not coke. Since it uses a fluid fuel as a heat source, such as the gaseous fuel of the above, compared to the conventional cupola that uses coke, its combustion management is easier, it has less impact on the environment, carbon dioxide and monoxide. It has attracted attention as a new melting furnace because it has features such as the generation of harmful gases such as carbon, nitrogen oxides, sulfur oxides, etc. and the amount of dust generated are significantly reduced, and it is also excellent in terms of thermal efficiency. There is. Among them, in the production of the molten metal for spheroidal graphite cast iron, by using a gaseous fuel containing no sulfur such as LNG, the vulcanization of the combustion gas into the molten metal is not performed, so desulfurization treatment is not required. It also has features.

【0004】また、電気誘導炉との比較においては、溶
解効率に関して、電気誘導炉の場合には、二次エネルギ
ーである電気による溶解効率は高いものの、電気製造の
一次エネルギーから考慮すると、我が国の特徴として、
発電方法が火力発電を主体とするものであるところか
ら、トータル的に見た場合、電気誘導炉の溶解効率は低
くなるのであり、LNG等の気体燃料を用いる上記シャ
フト炉が、鋳鉄用溶解炉として、優位に立っている。そ
の上、過去の高度成長期に見られた安価な鉄くずの発生
量の増加に伴う、著しい電気誘導炉の広まりは、ここに
きて、幾つかの理由で鈍化してきている。それは、電気
料金の値上がりによる溶解エネルギーコストの増加や、
鋳鉄材質の不安定化への危惧等の各種の弊害が出始めて
きているからである。特に、自動車鋼板等に見られる防
錆処理や薄肉化のための合金添加等の多種多様な処理に
よって、各加工工場から発生する鉄くずを分別して、鋳
造用鉄源として使用しなければ、例えば、防錆表面処理
剤が燃焼して発生する白煙公害や、その金属酸化物によ
る電気炉装置の短絡事故発生の可能性や、材質改善をす
るために含まれている鉄くず中の不純元素の溶湯中への
混入等による鋳鉄材質の不安定化等の問題が惹起される
恐れがあるのである。
Further, in comparison with the electric induction furnace, regarding the melting efficiency, in the case of the electric induction furnace, although the melting efficiency by electricity which is the secondary energy is high, when considering from the primary energy of electric production, as a feature,
Since the power generation method is mainly thermal power generation, the melting efficiency of the electric induction furnace is low in total view. Therefore, the shaft furnace using a gaseous fuel such as LNG is a melting furnace for cast iron. As an advantage Moreover, the remarkable spread of the electric induction furnace due to the increase in the amount of cheap iron scrap produced in the past high growth period has slowed down for several reasons. That is, the increase in melting energy cost due to the increase in electricity price,
This is because various negative effects such as concern about destabilization of cast iron materials are beginning to appear. In particular, if iron scrap generated from each processing plant is separated by various kinds of treatment such as rust prevention treatment found on automobile steel sheets and addition of alloys for thinning, and it is not used as a casting iron source, for example, , Smoke pollution caused by combustion of rust preventive surface treatment agent, possibility of short circuit accident of electric furnace equipment due to its metal oxide, and impurity element in iron scrap contained for improving material There is a possibility that problems such as destabilization of the cast iron material due to mixing into the molten metal may occur.

【0005】このようなことから、目まぐるしく変化し
ている現状において、従来の溶解炉と比較し、溶解効率
の点、制御の容易性、環境面等に優れた特徴を有する、
上記したシャフト炉たる溶解炉が着目されているのであ
る。
Under these circumstances, the present invention is characterized by excellent melting efficiency, easiness of control, environmental aspects, etc. in comparison with the conventional melting furnace under the current situation of rapid change.
The melting furnace, which is the shaft furnace described above, is receiving attention.

【0006】しかしながら、従来のコークスを使用する
キュポラと比較し、かかるシャフト炉にあっては、その
構造上において避け得ないものとして存在しているロス
トルは、バーナにて発生せしめた高温の燃焼ガスが吹き
込まれる燃焼室を確保し、直上の蓄熱体であるセラミッ
クスボールや溶解原材料を支えながら、燃焼室からの燃
焼熱を上方に伝える役目をしているが、そのような燃焼
熱によるロストル自体の溶損を防ぐために、該ロストル
を、中空の鋼管にて構成すると共に、その内部に冷却水
を流すことによって、水冷しているのであるが、このロ
ストルの水冷によって、燃焼熱が奪われていることは否
めず、ここに、熱効率の低下の一つの原因が内在してい
るのである。
[0006] However, in comparison with the conventional cupola using coke, in such a shaft furnace, the loss of strut, which exists as an inevitable structure, is a high temperature combustion gas generated by the burner. It secures the combustion chamber into which the air is blown, and supports the ceramic balls and the molten raw materials that are directly above it as the heat storage material, while also serving to transfer the combustion heat from the combustion chamber upward. In order to prevent melting loss, the rostrut is made of a hollow steel pipe and is cooled by flowing cooling water inside the pipe. However, the heat of combustion removes the combustion heat from the water cooling of the rostrul. Inevitably, this is one of the causes of the decrease in thermal efficiency.

【0007】このような水冷方式の、従来のロストル構
造にあっては、全体の冷却水量の約80%がロストルの
溶損防止のための冷却水として使用されているのであ
り、そしてその廃熱は再利用されておらず、そのため
に、水冷ロストルの吸熱によって奪われた熱量は、廃棄
されることとなり、その分、溶解量や溶湯温度等にも、
少なくない影響をもたらしているのである。
In the conventional water-cooling type rostrut structure, about 80% of the total amount of cooling water is used as cooling water for preventing melting loss of the rostrut, and waste heat thereof. Is not reused, therefore, the amount of heat taken away by the endothermic end of the water-cooled roster is discarded, and the amount of heat and molten metal temperature, etc.
It has a number of implications.

【0008】[0008]

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その課題とするところ
は、上述の如きシャフト炉において、水冷構造の鋼管ロ
ストルを用いない、熱エネルギー損失が効果的に低減せ
しめられた、新規なロストル構造を採用することによっ
て、その熱効率を大幅に向上せしめることにあり、また
冷却水を使用しないことによる装置の簡略化や、維持管
理の工数低減を図ることにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to provide thermal energy in a shaft furnace as described above without using a water-cooled steel pipe loss It is intended to significantly improve the thermal efficiency by adopting a new loss-tolerant structure that effectively reduces loss, and also simplifies the equipment by not using cooling water and reduces man-hours for maintenance. Is to try.

【0009】[0009]

【解決手段】そして、本発明は、かくの如き課題を解決
するために、炉内に配設したロストル上に、炉内上方よ
り溶解材料を装入せしめる一方、バーナ機構にて発生せ
しめた高温の燃焼ガスを該ロストルの下方より炉内に供
給し、該ロストルを通じて炉内上方に導くことにより、
かかる燃焼ガスにて前記溶解材料を加熱溶解せしめるよ
うにしたシャフト炉において、前記ロストルを、中空パ
イプ状の耐熱性セラミックス体にて構成したことを特徴
とするシャフト炉を、その要旨とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention charges a molten material from above the inside of a furnace onto a rostrut arranged in the furnace, and at the same time, raises the high temperature generated by a burner mechanism. By supplying the combustion gas of the inside of the furnace from the lower side of the grate, and guiding it to the upper side of the furnace through the gist,
In a shaft furnace configured to heat and melt the melting material with such combustion gas, the gist of the shaft furnace is characterized in that the rostrut is made of a hollow pipe-shaped heat-resistant ceramics body. is there.

【0010】このように、本発明に従うシャフト炉にあ
っては、従来の鋼管製の水冷ロストルに変えて、中空パ
イプ状の耐熱性セラミックス体からなるロストルを用い
るものであるところから、従来の水冷された鋼管ロスト
ルの冷却水に奪われていた熱エネルギー損失の問題が、
有利に解消され得ることとなったのであり、以てバーナ
機構にて発生せしめた高温の燃焼ガスにて与えられる熱
エネルギーの効率を飛躍的に向上せしめ得ることとなっ
たのであり、加えて、冷却水を使用しないことによっ
て、シャフト炉における装置の簡略化も実現され、それ
に基づき、その装置の維持管理の工数低減も、効果的に
図られ得るのである。
As described above, in the shaft furnace according to the present invention, instead of the conventional water-cooled gist made of steel pipe, a gist made of a heat-resistant ceramic body having a hollow pipe shape is used. The problem of heat energy loss that was lost to the cooling water of the steel pipe loss
Since it can be advantageously eliminated, it is possible to dramatically improve the efficiency of the thermal energy provided by the high-temperature combustion gas generated by the burner mechanism. By not using the cooling water, simplification of the device in the shaft furnace is realized, and based on this, the man-hours for maintenance of the device can be effectively reduced.

【0011】なお、このような本発明に従うシャフト炉
にあっては、ロストルを構成するセラミックス体の中空
部内の空気は、有利には、強制的に若しくは自然対流に
て、外部の空気と交換せしめられるように構成され、特
に強制的に空気が交換せしめられる場合にあっては、か
かるセラミックス体の或る程度の冷却が為され得、それ
に基づいて、炉内の熱エネルギーを吸収して、その損失
を惹起することとなるが、そのような空気の強制対流に
よる熱損失は、従来の鋼管ロストルの冷却水に奪われて
いた熱エネルギー損失に比べて、比較にならない程低
く、それ故に、本発明における熱効率の向上が充分に実
現され得るのである。
In the shaft furnace according to the present invention as described above, the air in the hollow portion of the ceramic body forming the rostrut is preferably forcedly or by natural convection to be exchanged with the outside air. The ceramic body may be cooled to some extent, in particular when the air is forced to be exchanged, on the basis of which the thermal energy in the furnace is absorbed and Although it causes a loss, the heat loss due to such forced convection of air is incomparably lower than the heat energy loss that was lost to the cooling water of the conventional steel pipe loss tower, and therefore The improvement of the thermal efficiency in the invention can be sufficiently realized.

【0012】要するに、本発明は、バーナ機構にて発生
せしめられる高温の燃焼ガスの熱エネルギーを利用し
て、銑鉄等の溶解材料を溶解するシャフト炉において、
かかる溶解材料等を支えるロストルを、鋼管構造からセ
ラミックス構造に変更して、その熱効率の飛躍的な向上
を図ったものであって、そのようなシャフト炉には、実
稼働の面から種々の性能が要求されているが、本発明者
等の鋭意研究の結果、中空パイプ状のセラミックス体の
機械的強度、耐熱性、耐食性に関する性能が、かかるシ
ャフト炉におけるロストルに適合することが判明し、本
発明を完成するに至ったのである。
In summary, the present invention is directed to a shaft furnace for melting a molten material such as pig iron by utilizing the thermal energy of high temperature combustion gas generated by a burner mechanism,
By changing the steel tube structure from a steel tube structure to a ceramics structure to dramatically improve the thermal efficiency, the shaft supporting such melting materials is designed to have various performances in terms of actual operation. However, as a result of earnest research by the present inventors, the mechanical strength, heat resistance, and corrosion resistance of the hollow pipe-shaped ceramic body have been found to be compatible with the loss in such a shaft furnace. The invention was completed.

【0013】因みに、シャフト炉においてロストル上部
に作用する静荷重については、銑鉄等の溶解材料及び一
般に採用されるセラミックス球状蓄熱体からなる蓄熱ベ
ッドの総重量から計算により求めると、我が国内で代表
的に使用されている直径1.0mのシャフト炉で、蓄熱
ベッドの総重量は300kg、溶解材料の総重量は6t
であるところから、ロストルに作用する総重量は6.3
tになるのである。従って、ロストルが分布荷重を受
け、長さ1.2mのロストル両端支持梁とみなした場合
の最大曲げ応力は、曲げモーメント及びロストルの断面
係数から計算した結果、1.6kg/mm2 になる。而
して、セラミックス材料の曲げ強度は、一般的に20k
g/mm2 以上であるところから、そのような曲げ応力
には、充分に耐えられ得るものであって、問題を生じる
ようなことはないのである。
Incidentally, the static load acting on the upper part of the grate in the shaft furnace is calculated from the total weight of the heat storage bed consisting of the melting material such as pig iron and the commonly used ceramic spherical heat storage body. A shaft furnace with a diameter of 1.0 m, which is commonly used, has a total heat storage bed weight of 300 kg and a total melting material weight of 6 tons
Therefore, the total weight acting on the rustle is 6.3.
It becomes t. Therefore, the maximum bending stress in the case where the rostrul receives a distributed load and is regarded as a support beam with both ends having a length of 1.2 m is 1.6 kg / mm 2 as a result of calculation from the bending moment and the cross-sectional modulus of the rostrul. Therefore, the bending strength of ceramic materials is generally 20 k.
Since it is g / mm 2 or more, it is possible to sufficiently withstand such a bending stress without causing any problem.

【0014】また、衝撃荷重に関しては、材料投入、即
ち炉内への銑鉄、返り二番、鉄くず等の溶解材料を炉上
部の投入口から投入する状況を考えると、自由落下して
いく、それらの材料がロストルへ与える衝撃は、かなり
あると想像することが出来、事実、計算の上では、例え
ば、重量5kgの鉄塊が6m下のロストルを直撃した場
合に、ロストルが受ける衝撃力は、約104kg/mm
2 となるのであるが、そのようなロストルに対する大き
な衝撃力は、弾性域の限界を越えているために、セラミ
ックス製のロストルは衝撃により破断される恐れが生じ
る。このため、本発明にあっては、従来からのシャフト
炉に採用されているセラミックス製球状蓄熱体の如き、
球状若しくは塊状の蓄熱体にて構成される蓄熱ベッド
が、ロストル上に設けられ、そして該蓄熱ベット上に溶
解材料が投入されるように構成され、以て溶解材料の投
入衝撃力を分散せしめ、以てセラミックス製ロストルへ
の衝撃荷重を緩和して、ロストルの破断を効果的に防止
しているのである。
Regarding the impact load, in consideration of the material charging, that is, the situation in which molten material such as pig iron, return No. 2 and iron scrap is charged into the furnace from the charging port at the upper part of the furnace, it falls freely. It can be imagined that the impact of these materials on the Rostrur is quite large, and in fact, in calculation, for example, when an iron block with a weight of 5 kg hits the Rostrur 6 m below, the impact force that the Rostrut receives is , About 104 kg / mm
Although the a 2, a large impact force against such grate, in order exceeds the limits of the elastic range, ceramic grate results may be broken by the impact. Therefore, in the present invention, such as a ceramic spherical heat storage material that has been adopted in the conventional shaft furnace,
A heat storage bed composed of a spherical or lump-shaped heat storage body is provided on the rostrut, and is configured so that the melting material is charged on the heat storage bed, thereby dispersing the charging impact force of the melting material, As a result, the impact load on the ceramic grate is alleviated and the gable of the grate is effectively prevented.

【0015】なお、本発明にあっては、セラミックス製
ロストルの衝撃強度を向上させる他の手段として、ロス
トルを構成する中空パイプ状のセラミックス体を複数段
において炉内に配設せしめる構成が、好適に採用され、
その場合において、上段側のセラミックス体を蓄熱体と
して機能せしめることが可能である。そして、本発明に
あっては、また、そのようなロストルを構成する複数段
のセラミックス体のうちの最下段のものの中空部内に
は、強制的に空気が流通せしめられる一方、その他の段
のセラミックス体の中空部内は、自然対流にて空気の交
換が行なわれるような構成が、有利に採用されるのであ
る。
In the present invention, as another means for improving the impact strength of the ceramic rostrtor, it is preferable to arrange the hollow pipe-shaped ceramic bodies constituting the rostrut in the furnace in a plurality of stages. Was adopted by the
In that case, the upper ceramics body can be made to function as a heat storage body. Further, in the present invention, air is forced to flow in the hollow portion of the lowermost one of the plurality of stages of the ceramic body forming such a loss, while the other stages of the ceramics are forced to flow. In the hollow portion of the body, a structure in which air is exchanged by natural convection is advantageously adopted.

【0016】また、セラミックス材料の特性である耐熱
性に関しても、ロストルの温度分布を有限要素法で解析
し、その使用温度領域において、充分な耐熱性があるこ
とが認められている。その解析方法は、先ず、ロストル
パイプの表面及び内部の熱伝達係数又は熱流速を各温度
で計算し、次に、その計算された熱伝達係数、熱流速を
基に、汎用有限要素法プログラムANSYSにより、パ
イプの温度分布を解析した。そして、その計算に際して
は、1600℃の火炎が7.1m/sの風速でロストル
に当たっているものとして、計算した結果、アルミナパ
イプからなるロストルにあっては、そのパイプ内部を1
0m/sにて強制空冷した場合のパイプ外壁面の温度
は、1017℃となり、それはアルミナ使用温度の範囲
内であることが確認され、ロストルとしての使用におい
て、充分な耐熱性を有することが明らかとなったのであ
る。
Regarding the heat resistance, which is a characteristic of the ceramic material, it has been recognized that the temperature distribution of the Rostrur is analyzed by the finite element method and that the heat resistance is sufficient in the operating temperature range. The analysis method is as follows. First, the heat transfer coefficient or heat flow rate on the surface and inside of the grate pipe is calculated at each temperature, and then based on the calculated heat transfer coefficient and heat flow rate, the general-purpose finite element method program ANSYS The temperature distribution of the pipe was analyzed by. Then, in the calculation, assuming that the flame at 1600 ° C. hits the rostrut at a wind speed of 7.1 m / s, the calculation result shows that in the case of a rostrut made of an alumina pipe,
The temperature of the outer wall surface of the pipe when forced air cooling at 0 m / s was 1017 ° C, which was confirmed to be within the operating temperature range of alumina, and it was revealed that the pipe has sufficient heat resistance when used as a rustle. It became.

【0017】さらに、耐食性についても、セラミックス
材料は優れており、例えばスラグを含有した鋳鉄溶湯に
対する腐食性能の比較試験において、アルミナ系セラミ
ックスや炭化珪素系セラミックス等は優れた耐食性を示
し、シャフト炉におけるロストル材料として、充分に使
用に耐え得ることが、明らかとなったのである。
Further, with respect to corrosion resistance, ceramic materials are also excellent. For example, in a comparative test of corrosion performance with respect to molten cast iron containing slag, alumina-based ceramics, silicon carbide-based ceramics, etc. exhibit excellent corrosion resistance, and thus in a shaft furnace. It has become clear that it can be used sufficiently as a loss material.

【0018】ところで、鋼管ロストルを水冷するように
した従来のシャフト炉において、ロストルの出入口の水
温差:5℃で、水量:60m3 /h時の水冷ロストルに
よる損失熱量は、約30万kcal/hである。これに
対して、本発明に従うセラミックス製ロストルの内部を
風速:10m/sで強制空冷した場合の熱損失は、約3
万kcal/hになり、従来の水冷の場合に比べて、熱
損失は、1/10に低減することが出来、従って、従来
の損失熱量の90%に相当する27万kcal/hの熱
量が、溶解熱効率の向上に大きく寄与して、溶解熱効率
は大幅に向上することとなる。
By the way, in the conventional shaft furnace in which the steel pipe rostrut is water-cooled, the heat loss due to the water-cooled rostrur at a water temperature difference of 5 ° C. at the entrance and exit of the rostrut and a water amount of 60 m 3 / h is about 300,000 kcal / h. On the other hand, the heat loss when the inside of the ceramic rostrut according to the present invention is forcibly air-cooled at a wind speed of 10 m / s is about 3
It becomes 10,000 kcal / h, and the heat loss can be reduced to 1/10 as compared with the case of the conventional water cooling. Therefore, the heat quantity of 270,000 kcal / h corresponding to 90% of the conventional heat loss is Therefore, it greatly contributes to the improvement of the melting heat efficiency, and the melting heat efficiency is greatly improved.

【0019】そして、本発明に従うシャフト炉の熱効率
を更に高めるには、ロストルを構成するセラミックス体
を冷却すべく、その中空部内を強制的に若しくは自然対
流にて流通せしめられる空気がバーナ機構に導かれ、該
バーナ機構における燃焼用空気として用いられるように
することが望ましく、これによって、前記した空冷によ
る熱損失の問題も解消されることとなるのである。
In order to further improve the thermal efficiency of the shaft furnace according to the present invention, air which is forcedly or naturally convected in the hollow portion of the ceramic body constituting the roster is introduced into the burner mechanism in order to cool it. However, it is desirable to use it as combustion air in the burner mechanism, whereby the problem of heat loss due to the air cooling described above can be solved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面に示される本発明の代
表的な具体例に基づいて、本発明を更に具体的に明らか
にすることとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be more specifically clarified below based on typical examples of the present invention shown in the drawings.

【0021】先ず、図1には、本発明に従うシャフト炉
の一具体例が示されている。そこにおいて、10はシャ
フト炉であって、内面が耐火材にて覆われた炉壁12に
よって、略鉛直方向に延びる炉室14が内部に形成され
ている。なお、図中では省略してあるが、かかる炉壁1
2は、更に上方に延長せしめられて、煙道を形成してい
る一方、上端開口部からは、投入用バケット等の投入装
置にて、スクラップや銑鉄、返り材等の溶解材料が炉内
に投入せしめられ得るようになっている。
First, FIG. 1 shows one specific example of the shaft furnace according to the present invention. Therein, 10 is a shaft furnace, and a furnace wall 14 whose inner surface is covered with a refractory material forms a furnace chamber 14 extending in a substantially vertical direction inside. Although not shown in the figure, the furnace wall 1
No. 2 is extended further upward to form a flue, while from the upper end opening, a scraping device such as scrap iron, pig iron, and return material is introduced into the furnace by a charging device such as a charging bucket. It can be thrown in.

【0022】また、シャフト炉10の炉室14内には、
炉底から所定高さの位置に、炉室14内を上下に仕切る
ようにして、後で詳述するようなセラミックス製のロス
トル16が配設されており、更に、該ロストル16上に
は、従来と同様なセラミックス球状蓄熱体18が所定高
さに多数個載置され、それによって、蓄熱ベッド20が
形成されている。そして、炉壁12の上端開口部から、
かかる蓄熱ベッド20上に、スクラップや銑鉄、返り材
等の溶解材料22が装入されて、炉内において支持せし
められるようになっているのである。
In the furnace chamber 14 of the shaft furnace 10,
At a predetermined height from the furnace bottom, the furnace chamber 14 is partitioned into upper and lower parts, and a ceramics-made rostrut 16 as described in detail later is arranged. A large number of ceramic spherical heat storage bodies 18 similar to the conventional ones are placed at a predetermined height, whereby a heat storage bed 20 is formed. Then, from the upper end opening of the furnace wall 12,
On the heat storage bed 20, a melting material 22 such as scrap, pig iron, return material, etc. is charged and supported in the furnace.

【0023】ところで、かかるシャフト炉10の炉内に
おいて、蓄熱ベッド20や溶解材料22を支持するロス
トル16は、中空パイプ状の耐熱性セラミックス体24
の複数本を、所定の間隔を隔てて、互いに平行に配列せ
しめて、構成されるものであって、そのような中空パイ
プ状のセラミックス体を与えるセラミックス材料として
は、耐熱性(耐火性)を有する公知のものの中から、適
宜に選定されることとなるが、一般に、アルミナ系セラ
ミックス材料、炭化珪素系セラミックス材料、ジルコニ
ア系セラミックス材料、ムライト系セラミックス材料、
炭化ホウ素材料等が用いられ、なかでも、アルミナ系セ
ラミックス材料及び炭化珪素系セラミックス材料が、好
適に用いられることとなる。このようなセラミックス材
料を用いて、常法に従って、所定の中空パイプ形状に成
形し、そして焼成することによって、目的とする中空パ
イプ形状のセラミックス体24が形成されるのである。
なお、このセラミックス体24の中空パイプ形状として
は、円形断面の丸型の他、矩形断面の角型等の形状が、
適宜に採用されることとなる。
By the way, in the shaft furnace 10, the heat storage bed 20 and the roast 16 supporting the melting material 22 are hollow pipe-shaped heat-resistant ceramic bodies 24.
Of a plurality of are arranged in parallel with each other at a predetermined interval, and a ceramic material that gives such a hollow pipe-shaped ceramic body has heat resistance (fire resistance). It will be appropriately selected from among the known materials that have, generally, alumina-based ceramic materials, silicon carbide-based ceramic materials, zirconia-based ceramic materials, mullite-based ceramic materials,
A boron carbide material or the like is used, and among them, an alumina-based ceramic material and a silicon carbide-based ceramic material are preferably used. A desired hollow pipe-shaped ceramic body 24 is formed by molding such a ceramic material into a predetermined hollow pipe shape by a conventional method and firing it.
In addition, as the hollow pipe shape of the ceramic body 24, in addition to the round shape having a circular cross section, the rectangular shape having a rectangular cross section,
It will be adopted appropriately.

【0024】また、このようなロストル16の下方に位
置する炉室14内が燃焼室とされ、そこには、バーナ機
構たるバーナ装置26の適数において発生せしめられた
高温の燃焼ガスが、ガス噴出用孔28を通じて炉内に吹
き込まれ、そして炉室14の下部からロストル16を通
じて上方に導かれるようになっている。なお、各バーナ
装置26には、エア供給ダクト30から分岐せしめたエ
ア供給管32にて、燃焼用空気が供給され、LNGや重
油等の所定の流体燃料を燃焼せしめて、高温の燃焼ガス
を発生せしめるようになっているが、ここでは、図示は
しないが、そのような各バーナ装置26に供給される燃
焼用空気の少なくとも一部として、ロストル16を構成
する各セラミックス体24の中空部内を流通せしめられ
る空気が用いられるようになっている。そして、そのよ
うにして発生せしめられた高温の燃焼ガスが通過せしめ
られることによって、前記蓄熱ベッド20及び溶解材料
22が加熱せしめられることとなるのであり、以て溶解
材料22が加熱、溶解せしめられ、そして蓄熱ベッド2
0を構成する球状蓄熱体18の表面を伝って下方に導か
れると共に、かかる蓄熱体18によって更に加熱され、
金属溶湯として、ロストル16の下方に落下せしめられ
るのである。
Further, the inside of the furnace chamber 14 located below the roaster 16 is used as a combustion chamber, in which the high temperature combustion gas generated in an appropriate number of burner devices 26 as a burner mechanism is burned. The gas is blown into the furnace through the ejection holes 28, and is guided upward from the lower portion of the furnace chamber 14 through the roster 16. It should be noted that each of the burner devices 26 is supplied with combustion air by an air supply pipe 32 branched from an air supply duct 30 and burns a predetermined fluid fuel such as LNG or heavy oil to generate a high temperature combustion gas. Although not shown here, the inside of the hollow portion of each ceramic body 24 constituting the rostrut 16 is generated as at least a part of the combustion air supplied to each such burner device 26. The air that is circulated is used. Then, the high temperature combustion gas thus generated is caused to pass therethrough, whereby the heat storage bed 20 and the melting material 22 are heated, whereby the melting material 22 is heated and melted. , And the heat storage bed 2
While being guided downward along the surface of the spherical heat storage body 18 constituting 0, and further heated by the heat storage body 18,
As a molten metal, it is made to fall below the rostrtor 16.

【0025】なお、炉室14の底部には、溶湯溜部34
が設けられており、上記の溶融落下せしめられた金属溶
湯が、この溶湯溜部34に溜められた後、出湯口36か
ら、樋38を通じて、シャフト炉10の外部に取り出さ
れるようになっている。
At the bottom of the furnace chamber 14, there is a molten metal reservoir 34
The molten metal that has been melted and dropped is stored in the molten metal reservoir 34, and is then taken out of the shaft furnace 10 from the tap 36 through the gutter 38. .

【0026】従って、かくの如き構成とされたシャフト
炉10を用いて溶解操業するに際しては、先ず、ロスト
ル16上に蓄熱体18を敷き詰めて蓄熱ベッド20を形
成した後、バーナ装置26にて炉の予熱を行ない、充分
に昇温せしめ、その後、炉の上部開口から溶解材料22
を炉室14内に装入せしめて、かかる溶解材料22の加
熱溶解を開始する。それによって、溶解材料22が、そ
の下部から順次、加熱溶解され、更に蓄熱ベッド20に
より加熱せしめられて、金属溶湯とされるのであり、ま
た生じた金属溶湯は、溶湯溜部34内に落下せしめられ
て、適宜、出湯口36から、樋38を通じて取り出され
ることとなるのである。また、この操業に際しては、溶
解材料22を、金属溶湯となって下方に落下せしめられ
る量に相当する分だけ、適当な時間間隔にて、炉室14
内に追加装入せしめ、以て連続的な溶解操作が進行せし
められ得るのである。
Therefore, when performing the melting operation using the shaft furnace 10 having such a structure, first, the heat storage body 18 is spread over the rostrut 16 to form the heat storage bed 20, and then the burner device 26 is used to form the furnace. Of the melted material 22 from the upper opening of the furnace.
Is charged into the furnace chamber 14, and heating and melting of the melting material 22 is started. As a result, the melting material 22 is heated and melted sequentially from the lower part thereof, and further heated by the heat storage bed 20 to be a molten metal, and the generated molten metal is dropped into the molten metal reservoir 34. Then, the water is appropriately taken out from the tap 36 through the gutter 38. In addition, during this operation, the melting material 22 becomes a molten metal and is dropped at an appropriate time interval by an amount corresponding to the amount of dropping downward.
It is possible to carry out a continuous dissolution operation by additionally charging the inside.

【0027】ところで、このような溶解操作において
は、ロストル16が中空パイプ状の耐熱性セラミックス
体24にて構成され、そして該セラミックス体24の中
空部内には、冷却用としての空気が、自然対流乃至は強
制的に通過せしめられるようにされているだけで、従来
の鋼管ロストルの如く、水冷とはされていないところか
ら、かかるロストル16(セラミックス体24)を通じ
ての高温の燃焼ガスからの吸熱による熱損失が回避され
ることとなり、以て炉内に吹き込まれた高温の燃焼ガス
の熱エネルギーを蓄熱ベッド20に蓄え、更に溶解材料
22の溶解に効果的に利用することが出来ることとな
り、以てその熱効率を飛躍的に向上せしめ得ることとな
ったのである。
By the way, in such a melting operation, the rostrut 16 is constituted by a hollow pipe-shaped heat-resistant ceramic body 24, and air for cooling is naturally convected in the hollow portion of the ceramic body 24. Since it is not forced to be water-cooled like the conventional steel pipe rostrtor, it is simply forced to pass through, and is absorbed by the high temperature combustion gas through the rostrut 16 (ceramic body 24). Since the heat loss is avoided, the heat energy of the high temperature combustion gas blown into the furnace can be stored in the heat storage bed 20 and can be effectively used for melting the melting material 22. The thermal efficiency can be dramatically improved.

【0028】しかも、本具体例では、ロストル16を構
成するセラミックス体24の中空部内を流通することに
よって加熱せしめられた空気が、バーナ装置26の燃焼
用空気として用いられるようになっているところから、
ロストル16の空冷によって炉外に取り出される熱エネ
ルギーも、有効に再利用されることとなり、これによっ
て、熱効率は、更に向上せしめられ得ることとなるので
ある。
In addition, in this example, the air heated by flowing through the hollow portion of the ceramic body 24 constituting the roster 16 is used as the combustion air for the burner device 26. ,
The thermal energy taken out of the furnace by the air cooling of the rostrut 16 is also effectively reused, whereby the thermal efficiency can be further improved.

【0029】なお、図1に例示のシャフト炉10にあっ
ては、ロストル16は、円筒形のセラミックス体24の
一段にて構成されているが、そのようなセラミックス体
24を、上下方向に、各種の形態において重ね合わせ、
2段、或いはそれ以上の複数段において構成することも
可能であり、それによって、ロストル16全体の衝撃強
度が、効果的に高められ得ることとなる。
In the shaft furnace 10 illustrated in FIG. 1, the rostrut 16 is composed of a single stage of a cylindrical ceramic body 24. Overlay in various forms,
It is also possible to configure in two stages or a plurality of stages more than two stages, whereby the impact strength of the entire roster 16 can be effectively increased.

【0030】図2には、そのような複数段のセラミック
ス体にて構成されるロストル16の一例が示されてい
る。そこにおいて、ロストル16は、矩形断面形状の角
型中空パイプ状のセラミックス体40a、40b、40
cの三段構造にて構成されており、炉の中心を通る1本
のセラミックス体40aの両側に所定間隔をおいて2本
のセラミックス体40aを並設してなる、最下段の3本
のセラミックス体40aに対して直交する方向に、多数
本の互いに平行なセラミックス体40b、40cが、所
定間隔を隔てて配設されることによって、中段及び上段
のセラミックス体を構成して、装入される溶解材料22
や蓄熱体18を支持して、それらを下方に落下させない
ようになっている。そして、最下段のセラミックス体4
0aの中空部内には、強制的に空気が流通せしめられ
て、強制空冷されるようになっている一方、中段及び上
段のセラミックス体40b、40cの、それぞれの中空
部内の空気は、自然対流にて外部の空気との入替えが行
なわれる、自然空冷方式とされている。また、それぞれ
のセラミックス体40a、40b、40cの中空部内を
通った空気は、図示はしないが、図1の例と同様に、燃
焼用空気としてバーナ装置26に供給されるようになっ
ている。
FIG. 2 shows an example of the rostrut 16 composed of such a plurality of stages of ceramic bodies. There, the rostrut 16 is a rectangular hollow pipe-shaped ceramic body 40a, 40b, 40 having a rectangular cross section.
It has a three-stage structure of c, and is formed by arranging two ceramic bodies 40a in parallel on both sides of one ceramic body 40a passing through the center of the furnace. A large number of parallel ceramic bodies 40b and 40c are arranged at a predetermined interval in a direction orthogonal to the ceramic body 40a to form middle and upper ceramic bodies, and the ceramic bodies are inserted. Dissolving material 22
The heat storage body 18 is supported so that they do not drop downward. And the bottom ceramics body 4
Air is forced to flow in the hollow portion of 0a for forced air cooling, while the air in the hollow portions of the middle and upper ceramic bodies 40b, 40c is subjected to natural convection. It is a natural air cooling system that replaces the outside air. Although not shown, the air that has passed through the hollow portions of the ceramic bodies 40a, 40b, 40c is supplied to the burner device 26 as combustion air, as in the example of FIG.

【0031】このようなセラミックス体40a、40
b、40cの多段構造のロストル16にあっては、一段
構造のものよりも、遙かに衝撃強度が高められ得ること
となることは勿論、その中段のセラミックス体40b、
更には上段のセラミックス体40cを蓄熱体として機能
させることも可能であり、そして、その場合において、
それらセラミックス体40b、40cの中空部内の空気
の交換は、自然対流方式で行なうのが、有効である。
Such ceramic bodies 40a, 40
In the multi-stage rostrut 16 of b and 40c, the impact strength can be much higher than that of the one-stage structure, and of course the middle-stage ceramic body 40b,
Furthermore, it is possible to cause the upper ceramics body 40c to function as a heat storage body, and in that case,
It is effective to exchange air in the hollow portions of the ceramic bodies 40b and 40c by a natural convection method.

【0032】また、このような図2に示される三段構造
の如き多段構造のロストル16を採用することにより、
各段のセラミックス体の交換サイクルを個別に決めるこ
とが出来ることとなるところから、ロストルを部分交
換、換言すれば上、中、下段のセラミックス体をそれぞ
れ個別に交換することによって、一段構造のものより
も、ロストル16の寿命を長くすることが可能となる。
例えば、最下段セラミックス体40aの交換サイクル:
12ヶ月、中段セラミックス体40bの交換サイクル:
6ヵ月、上段セラミックス体40cの交換サイクル:3
ヵ月とすることが出来、一段構造のものが3ヵ月の交換
サイクル、換言すれば3ヵ月の寿命であるのに対して、
上記の如く三段構造を採用することにより、約1.8倍
に寿命を延ばすことが可能となるのである。
Further, by adopting such a multi-stage rostrut 16 such as the three-stage structure shown in FIG. 2,
Since it is possible to individually determine the replacement cycle of the ceramic body of each stage, partial replacement of the rostrut, in other words, by replacing the upper, middle and lower ceramic bodies individually, one-stage structure It is possible to prolong the service life of the rostrul 16.
For example, the replacement cycle of the lowermost ceramic body 40a:
12 months, middle ceramic body 40b replacement cycle:
6 months, upper ceramic body 40c replacement cycle: 3
It can be a month, and the one-stage structure has a replacement cycle of 3 months, in other words, a life of 3 months.
By adopting the three-stage structure as described above, the life can be extended by about 1.8 times.

【0033】なお、図1に例示のシャフト炉10にあっ
ては、ロストル16上に球状のセラミックス蓄熱体18
からなる蓄熱ベッド20が形成され、これによって、炉
室14内を下方より上方に導かれる高温の燃焼ガスから
の熱エネルギーが吸収されて、溶解材料22に、有効
に、その熱エネルギーを与え得るようになっていると共
に、投入される溶解材料22の衝撃荷重を分散せしめ
て、ロストル16(セラミックス体24)の破断を防止
しているが、そのような蓄熱ベッド20は、必ずしも必
要なものではない。溶解材料22の装入の際の衝撃荷重
が回避され、また、溶解材料22に対して燃焼ガスの熱
エネルギーが有効に与えられ得ることとなるならば、ロ
ストル16上に直接に溶解材料22を装入して、溶解操
作を実施することも可能である。
In the shaft furnace 10 illustrated in FIG. 1, the spherical ceramic heat storage element 18 is provided on the rostrut 16.
The heat storage bed 20 is formed, which absorbs thermal energy from the high-temperature combustion gas that is guided upward in the furnace chamber 14 from below, and can effectively provide the molten material 22 with the thermal energy. In addition to the above, the impact load of the melted material 22 to be charged is dispersed to prevent the breakage of the roster 16 (ceramic body 24). However, such a heat storage bed 20 is not always necessary. Absent. If the impact load at the time of charging the melting material 22 is avoided and the thermal energy of the combustion gas can be effectively applied to the melting material 22, the melting material 22 can be directly loaded on the rostrut 16. It is also possible to charge and carry out the melting operation.

【0034】また、本発明に従うシャフト炉は、例示の
如く、鋳鉄溶湯の製造に好適に用いられ得るものである
が、それに限定されるものではなく、焼却灰等の溶融固
化の為の溶解炉としても採用することが可能である。
The shaft furnace according to the present invention can be preferably used for producing cast iron molten metal as illustrated, but the invention is not limited thereto, and a melting furnace for melting and solidifying incinerated ash or the like is used. Can also be adopted as.

【0035】このように、本発明は、その趣旨を逸脱し
ない限りにおいて、当業者の知識に基づき、種々なる変
更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るも
のであり、また、そのような実施の態様が、何れも、本
発明の範疇に属するものであることが、理解されるべき
である。
As described above, the present invention can be carried out in a mode in which various changes, modifications, improvements, etc. are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. It should be understood that all such embodiments are within the scope of the present invention.

【0036】[0036]

【実施例】以下に、本発明の実施例を示し、本発明の特
徴について、更に具体的に明らかにすることとする。
EXAMPLES Examples of the present invention will be shown below to clarify the characteristics of the present invention more specifically.

【0037】先ず、ロストル16を与える中空パイプ状
のセラミックス体24;40a〜40cの耐熱性を調べ
るために、その温度分布を有限要素法にて解析した。な
お、セラミックス体としては、外径寸法:76mm、軸
方向の長さ:1m、肉厚:7mmの丸型中空アルミナパ
イプを用い、そのような丸型パイプの外面に、1600
℃の火炎が毎秒7.1mで当たる一方、パイプ内部が毎
秒10mの流通空気で強制空冷されているとして、計算
した結果が、図3に示されているが、そのようなアルミ
ナパイプ外壁面の最高温度は、1017℃であり、これ
は、アルミナ使用温度の範囲内であることが、確認され
た。
First, in order to examine the heat resistance of the hollow pipe-shaped ceramic body 24; 40a to 40c which gives the loss rostrum 16, its temperature distribution was analyzed by the finite element method. As the ceramic body, a round hollow alumina pipe having an outer diameter of 76 mm, an axial length of 1 m, and a wall thickness of 7 mm was used.
While the flame at ℃ hits 7.1 m / s while the inside of the pipe is forcibly cooled by the circulating air of 10 m / s, the calculation result is shown in FIG. 3. The maximum temperature was 1017 ° C., which was confirmed to be within the alumina working temperature range.

【0038】一方、従来のシャフト炉における鋼管ロス
トルについても、その熱分布を、有限要素法にて解析
し、その結果を図4に示した。なお、そこでは、160
0℃のガス火炎がパイプの外面に当たり、内部は0.8
m/sの流速で水が循環せしめられて、強制水冷されて
いる状態として計算されている。その結果、従来のガス
シャフト炉に用いられている鋼管ロストルにおいて、そ
の鋼管外面は、63℃となっていることが解析された。
On the other hand, the heat distribution of the steel pipe loss in the conventional shaft furnace was analyzed by the finite element method, and the result is shown in FIG. In addition, there, 160
A 0 ° C gas flame hits the outside of the pipe and 0.8
It is calculated that the water is circulated at a flow rate of m / s and the water is forcedly cooled. As a result, it was analyzed that the outer surface of the steel pipe of the steel pipe rostrul used in the conventional gas shaft furnace was 63 ° C.

【0039】また、本発明に従うセラミックス製ロスト
ルの耐衝撃性を調べるために、シャフト炉の投入口から
冷材(溶解材料)の5kgを6m上方から落下させる一
方、セラミックス製ロストルを構成する中空パイプ状の
セラミックス体に取り付けた歪みゲージの値から、衝撃
応力を測定したが、球状のセラミックス蓄熱体(18)
からなる蓄熱ベッド(20)が形成されている場合にあ
っては、そのような衝撃応力による破壊が惹起されない
ことを認めた。
Further, in order to investigate the impact resistance of the ceramic rostrut according to the present invention, 5 kg of a cold material (melting material) is dropped from 6 m above the charging port of the shaft furnace, while a hollow pipe constituting the ceramic rostrut. The impact stress was measured from the value of the strain gauge attached to the cylindrical ceramic body. The spherical ceramic heat storage body (18)
It was confirmed that when the heat storage bed (20) made of (4) was formed, such damage due to impact stress was not caused.

【0040】さらに、耐食性について調べるために、各
種セラミックス材料からなる長さ:55mmの7.5m
m×7.5mm角のセラミックス試験片を取り付けた耐
火物を、直径:0.5m、長さ:1.0mの円筒形坩堝
炉に入れ、図5に示されるヒートパターンにより、15
00℃の鋳鉄溶湯と共に、120rphにて回転せしめ
て処理した。そして、この坩堝炉を自然空冷した後、熔
銑に対する耐食状況を観察したが、アルミナ系セラミッ
クス材料や炭化珪素系セラミックス材料からなる試験片
には、著しい変化は、何等観察されなかった。
Furthermore, in order to investigate the corrosion resistance, the length of the ceramic material is 55 mm and the length is 7.5 m.
The refractory to which the m × 7.5 mm square ceramic test piece was attached was placed in a cylindrical crucible furnace having a diameter of 0.5 m and a length of 1.0 m, and the heat resistance of 15
It was processed by rotating at 120 rph together with a cast iron molten metal at 00 ° C. Then, after naturally cooling the crucible furnace by air, the corrosion resistance to the hot metal was observed, but no remarkable change was observed in the test pieces made of the alumina ceramic material or the silicon carbide ceramic material.

【0041】そして、以上の結果を踏まえて、図1に示
される如き、実際のシャフト炉において、次のような実
操業を行なった。先ず、ロストル16には、比較的生産
コストが安く、入手し易いことから、アルミナを主成分
とする材質を採用し、通常の流し込み法により製作した
角型中空パイプ状のセラミックス体(40a)を用い
た。なお、材料の諸元は、密度:3.8g/cm3 、熱
伝導度:25W/(m・K)とし、またセラミックス体
(40a)の寸法は、外面寸法:80mm角、肉厚:8
mmとし、更に材料投入時の落下衝撃による破損とセラ
ミックス蓄熱体18の損耗による落下のコントロールの
ために、水平方向と下方に向かって、外周の3箇所に軸
方向のリブを、それぞれ設けた。なお、このロストルの
セットされたシャフト炉10は、内径:700mmで、
ロストル16のセラミックス体(40a)のピッチは、
従来の鋼管の場合と同じ寸法とした。
Based on the above results, the following actual operation was carried out in an actual shaft furnace as shown in FIG. First, for the Rostrul 16, a rectangular hollow pipe-shaped ceramic body (40a) manufactured by a normal pouring method using a material containing alumina as a main component is used because the production cost is relatively low and it is easily available. Using. The specifications of the material are as follows: density: 3.8 g / cm 3 , thermal conductivity: 25 W / (m · K), and the dimensions of the ceramic body (40 a) are: external surface dimension: 80 mm square, wall thickness: 8
Further, axial ribs were provided at three locations on the outer periphery in the horizontal direction and the downward direction in order to control the damage due to the drop impact when the material was charged and the drop due to the wear of the ceramic heat storage body 18. In addition, the shaft furnace 10 in which this roster is set has an inner diameter of 700 mm,
The pitch of the ceramic body (40a) of the loss 16 is
The dimensions were the same as those of the conventional steel pipe.

【0042】また、バーナ燃焼に際しては、先ず、予熱
時、溶解時共に、空燃比率:1.05とし、予熱を20
0万kcalで、60分行ない、炉内を充分に乾燥、昇
温させた。ロストル冷却用のエアは、常温で供給し、ロ
ストルを構成するセラミックス体1本当たり10m/s
の風速で供給した。予熱を行なった後に、蓄熱ベッド2
0の高さが250mmとなるように、球状のセラミック
ス製蓄熱体18を200kg投入した。なお、そのよう
な蓄熱体18の投入に関して、ロストル16に対して
は、予熱前に投入する方が条件としては良いが、敢え
て、温度上昇を行なった時点での投入により、その強度
を確認することを目的として行なった。かかる投入時点
でのロストル表面の温度は、850℃であったが、セラ
ミックス製蓄熱体18の落下衝撃に対しては、何等問題
は発生しなかった。その後、燃焼室内及び蓄熱ベッド2
0を構成するセラミックス製蓄熱体18の温度上昇が充
分に行なわれたことを確認し、溶解材料22の投入を開
始した。なお、この溶解材料22には、銑鉄、二番、鋼
くず、造さい材にはドロマイト、シリカを、下表に示さ
れる配合率で用いた。
When burning the burner, first, the air-fuel ratio is 1.05 for both preheating and melting, and preheating is 20
The operation was carried out at 0,000 kcal for 60 minutes to sufficiently dry the inside of the furnace and raise the temperature. Air for cooling the grate is supplied at room temperature, and 10 m / s per ceramic body forming the grate.
Supplied at wind speed. After preheating, the heat storage bed 2
200 kg of a spherical ceramic heat storage material 18 was charged so that the height 0 was 250 mm. Regarding the charging of the heat storage body 18, it is better to charge the roastle 16 before preheating, but the strength is confirmed by charging at the time when the temperature rises. This was done for the purpose. The temperature of the surface of the rostrul at the time of such charging was 850 ° C., but no problem occurred with respect to the drop impact of the ceramic heat storage body 18. After that, the combustion chamber and the heat storage bed 2
It was confirmed that the temperature of the ceramic heat storage body 18 constituting No. 0 was sufficiently raised, and the introduction of the melting material 22 was started. In addition, pig iron, No. 2, steel scrap, and dolomite and silica were used as the melting material 22 and the forming material at the compounding ratios shown in the table below.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】また、かかる溶解時におけるバーナ装置2
6の燃焼量は180万kcal、空燃比:1.08と
し、燃焼用のエアは、常温での供給とした。溶解中は、
酸素富化を1%行なって、ロストル16の損耗にどの程
度関与するかについても、観察した。材料投入直前に
は、ロストル16表面は、850℃に達しており、冷却
エアの温度勾配は60℃、流量は1400m3 /hであ
った。また、冷却エアの持ち出した熱エネルギーは、従
来の鋼管ロストルの水冷の場合の冷却水が持ち出すエネ
ルギー:約30万kcalの大略1/10であること
が、認められた。
Further, the burner device 2 at the time of such melting
The combustion amount of No. 6 was 1.8 million kcal, the air-fuel ratio was 1.08, and the combustion air was supplied at room temperature. During dissolution
Oxygen enrichment was performed at 1%, and it was also observed to what extent it contributes to the wear of the Rostrul 16. Immediately before the material was charged, the surface of the Rostrul 16 reached 850 ° C., the temperature gradient of the cooling air was 60 ° C., and the flow rate was 1400 m 3 / h. Further, it was confirmed that the thermal energy carried out by the cooling air was about 1/10 of the energy carried out by the cooling water in the case of water cooling of the conventional steel pipe rostrul: about 300,000 kcal.

【0045】上記の溶解操作は、5回繰り返され、通
算、約40tの溶湯を得た。なお、平均出湯量は、時間
当たり4.2t、平均出湯温度は1380℃であった。
かかる溶解操作の終了の後に、シャフト炉10からセラ
ミックス製ロストル16(セラミックス体40a)を取
り出して観察したところ、材料の衝撃による損傷は殆ど
なく、健全であった。また、スラグによる溶損が部分的
に観察されたものも少なく、従来の鋼管ロストルに近い
寿命を確保し得ることを認めた。
The above melting operation was repeated 5 times to obtain a total of about 40 t of molten metal. The average amount of tapping water was 4.2 t per hour, and the average tapping temperature was 1380 ° C.
After the completion of the melting operation, the ceramic lossr 16 (ceramic body 40a) was taken out from the shaft furnace 10 and observed. As a result, there was almost no damage due to the impact of the material, and it was sound. In addition, it was confirmed that melting damage due to slag was partially observed, and that a life similar to that of a conventional steel pipe loss can be secured.

【0046】このような実施例の結果から、角型中空パ
イプ状のセラミックス体(40a)は、耐熱性、耐衝撃
性、耐食性において、シャフト炉10におけるロストル
16として使用し得ることを確認した。また、そのよう
なセラミックス製ロストル16(40a)は、水冷を必
要とせず、熱精算の結果から、従来の水冷鋼管ロストル
に比べて、90%もの熱損失低減が図られ得、シャフト
炉の定常時における溶解熱効率は、大幅に向上せしめら
れ得ることを認めた。また、ロストルの冷却水が不要で
あることから、クーリングタワーの運転費も削減するこ
とが可能となるのである。
From the results of these examples, it was confirmed that the rectangular hollow pipe-shaped ceramic body (40a) can be used as the rostrut 16 in the shaft furnace 10 in terms of heat resistance, impact resistance and corrosion resistance. Further, such a ceramic rostrut 16 (40a) does not require water cooling, and as a result of thermal settlement, heat loss can be reduced by as much as 90% as compared with the conventional water-cooled steel pipe rostrul, and the shaft furnace constant. It was found that the heat of solution heat at all times could be significantly improved. In addition, since cooling water for the grate is not required, it is possible to reduce the operating cost of the cooling tower.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従うシャフト炉にあっては、そのロストルを、中空パ
イプ状の耐熱性セラミックス体にて構成したものである
ところから、従来の鋼管ロストルに比べて、水冷する必
要がなく、そのために、冷却水に奪われている熱エネル
ギー損失を解消せしめて、燃焼エネルギーの熱効率を飛
躍的に向上せしめ得ることとなったのであり、また、冷
却水を使用しないことによる装置の簡略化、更には、そ
のような装置の維持管理の工数低減も図り得る等の利点
も享受し得ることとなったのである。
As is apparent from the above description, in the shaft furnace according to the present invention, since the rostrut is made of a hollow pipe-shaped heat-resistant ceramic body, the conventional steel pipe rostrut Compared with the above, it is not necessary to perform water cooling, so that it is possible to eliminate the heat energy loss taken by the cooling water and dramatically improve the thermal efficiency of combustion energy. Therefore, it is possible to obtain the advantage that the device can be simplified by not using, and that the number of man-hours for maintenance and management of such a device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に従うシャフト炉の炉体構造の一例を示
す断面説明図である。
FIG. 1 is a sectional explanatory view showing an example of a furnace body structure of a shaft furnace according to the present invention.

【図2】本発明に従うロストル構造の他の一例を示すも
のであって、(a)は、炉体の縦断面におけるロストル
配設形態の説明図であり、(b)は、炉体の水平断面に
おけるロストル配設形態を示す説明図である。
2A and 2B are views showing another example of the rostrur structure according to the present invention, in which FIG. 2A is an explanatory view of the arrangement of the rostrut in a vertical cross section of the furnace body, and FIG. 2B is a horizontal view of the furnace body. It is explanatory drawing which shows the arrangement form of the rostrtor in a cross section.

【図3】実施例において求められたセラミックス製ロス
トルの熱分布解析結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a heat distribution analysis result of a ceramic rostrut obtained in an example.

【図4】実施例において求められた鋼管ロストルの熱分
布解析結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a heat distribution analysis result of a steel pipe rostrul obtained in an example.

【図5】実施例において実施した鋳鉄溶湯に対する耐食
試験における坩堝炉の炉内ヒートパターンを示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an in-furnace heat pattern of a crucible furnace in a corrosion resistance test for molten cast iron carried out in Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シャフト炉 12 炉壁 14 炉室 16 ロストル 18 セラミックス球状蓄熱体 20 蓄熱ベッド 22 溶解材料 24、40a、40b、40c セラミックス体 26 バーナ装置 28 ガス噴出用孔 30 エア供給ダクト 32 エア供給管 34 溶湯溜部 36 出湯口 38 樋 10 Shaft Furnace 12 Furnace Wall 14 Furnace Chamber 16 Rostru 18 Ceramic Spherical Heat Storage Body 20 Heat Storage Bed 22 Melting Material 24, 40a, 40b, 40c Ceramics Body 26 Burner Device 28 Gas Injection Hole 30 Air Supply Duct 32 Air Supply Pipe 34 Molten Metal Sump Part 36 Dewgate 38 Gutter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 進 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 東 邦瓦斯株式会社内 (72)発明者 中嶋 三泰 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 東 邦瓦斯株式会社内 (72)発明者 近藤 勇 愛知県名古屋市熱田区外土居町9番14号 株式会社エスアイテック内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Susumu Yamada 19-18 Sakurada-cho, Atsuta-ku, Nagoya-shi, Aichi Toho Gas Co., Ltd. (72) Inventor Mitsuyasu Nakajima 19-sakurada-cho, Atsuta-ku, Nagoya-shi, Aichi No. 18 In Toho Gas Co., Ltd. (72) Inventor Isamu Kondo 9-14 Sotoi-cho, Atsuta-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炉内に配設したロストル上に、炉内上方
より溶解材料を装入せしめる一方、バーナ機構にて発生
せしめた高温の燃焼ガスを該ロストルの下方より炉内に
供給し、該ロストルを通じて炉内上方に導くことによ
り、かかる燃焼ガスにて前記溶解材料を加熱溶解せしめ
るようにしたシャフト炉において、 前記ロストルを、中空パイプ状の耐熱性セラミックス体
にて構成したことを特徴とするシャフト炉。
1. A molten material is loaded into the furnace from above in the furnace while the high-temperature combustion gas generated by a burner mechanism is supplied into the furnace from below in the furnace. In a shaft furnace in which the molten material is heated and melted by the combustion gas by being guided to the upper side of the furnace through the rostrut, the rostrut is formed of a hollow pipe-shaped heat-resistant ceramic body. Shaft furnace to do.
【請求項2】 前記セラミックス体の中空部内の空気
が、強制的に若しくは自然対流にて外部の空気と交換せ
しめられるように構成されている請求項1記載のシャフ
ト炉。
2. The shaft furnace according to claim 1, wherein the air inside the hollow portion of the ceramic body is configured to be forcedly or by natural convection to be exchanged with the outside air.
【請求項3】 前記ロストル上に、球状若しくは塊状の
蓄熱体にて構成される蓄熱ベッドが設けられ、該蓄熱ベ
ッド上に前記溶解材料が投入される請求項1又は請求項
2記載のシャフト炉。
3. The shaft furnace according to claim 1 or 2, wherein a heat storage bed constituted by a spherical or lump-shaped heat storage body is provided on the rostr, and the melting material is charged on the heat storage bed. .
【請求項4】 前記セラミックス体が複数段において炉
内に配置され、前記ロストルを構成している請求項1乃
至請求項3の何れかに記載のシャフト炉。
4. The shaft furnace according to any one of claims 1 to 3, wherein the ceramic bodies are arranged in a plurality of stages in the furnace to form the roster.
【請求項5】 前記ロストルを構成する複数段のセラミ
ックス体のうちの最下段のものの中空部内には、強制的
に空気が流通せしめられる一方、その他の段のセラミッ
クス体の中空部内は、自然対流にて空気の交換が行なわ
れるようになっている請求項4記載のシャフト炉。
5. The air is forced to flow in the hollow part of the lowermost one of the ceramic bodies of the plurality of stages constituting the rostrut, while natural convection is carried out in the hollow parts of the ceramic bodies of the other stages. 5. The shaft furnace according to claim 4, wherein the air is exchanged at.
【請求項6】 前記ロストルを構成するセラミックス体
の中空部内を通過した空気が前記バーナ機構に導かれ、
該バーナ機構における燃焼用空気として用いられる請求
項1乃至請求項5の何れかに記載のシャフト炉。
6. The air that has passed through the hollow portion of the ceramic body that constitutes the rostrut is guided to the burner mechanism,
The shaft furnace according to any one of claims 1 to 5, which is used as combustion air in the burner mechanism.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104359313A (en) * 2014-11-14 2015-02-18 耒阳市焱鑫有色金属有限公司 Bridge-type smelting furnace
CN105021026A (en) * 2015-07-29 2015-11-04 梧州市渝鑫稀贵金属有限公司 Vertical shaft drying kiln
CN110056878A (en) * 2019-04-25 2019-07-26 梅丽中 A kind of device of biomass incineration disposal organic liquid waste

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