JPS5846391Y2

JPS5846391Y2 - 高温工業窯炉の炉壁構造

Info

Publication number: JPS5846391Y2
Application number: JP1978054247U
Authority: JP
Inventors: 巌家村; 克弘岩城; 修一松若
Original assignee: 品川白煉瓦株式会社
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1983-10-21
Also published as: JPS54156247U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、特に１９００℃以上のごとき高温で操業する
工業窯炉（以下、窯炉と略記する）の炉壁構造に関し、
内張耐火物の背後を高耐火性の粉粒体で効率よく断熱し
、薄い炉壁構造を提供することを目的とするもので゛あ
る。

近時工業の発達に伴って、一般に工業窯炉の操業温度は
上昇の一途を辿す、１９００℃〜２０００℃で操業され
る炉が増加している。

かかる窯炉の内張耐火物としては、従来の粘土・高アル
ミナれんが等では、その耐用温度の限界をこえるものと
して使用に耐えなくなり、これに代って一般に非常に高
純度の高アルミナれんが（Ａ１２０３９０重量％以上）
、炭化珪素質れんが（ＳｉＣ６５重量％以上）等の特殊
耐火物の使用が余儀なくされている。

これらの特殊耐火物は何れも従来一般の粘土、高アルミ
ナ質れんかに比して熱伝導率が高いので、炉体表面から
の熱放散を防止するために、従来より炉壁厚さを厚くす
る必要が生ずる。

この場合、内張耐火物の裏面に接する断熱層は内張との
境界温度が炉内面温度に近い温度まで上昇する。

これに耐える断熱材としては、現在では極く一部の超高
温用断熱れんが（安全使用温度１８００℃）があるのみ
で、他に適当な材質のものを選ぶことが困難であると同
時に甚しく高価である。

即ち、従来は第１図および第２図に示すように、炉内温
度１．が１７００℃以下の場合、１１〜ｌｏ層が各々耐
火れんが、断熱れんが、保温材等によって構成された炉
壁が一般的であった。

しかし炉内温度がさらに高温（１７００℃以上）になる
にしたがって、内張１には高温度に耐え得る特殊耐火物
を使用して来た。

しかし、一般にそのような特殊耐火物は熱伝導率が５〜
１０Ｋｃａｌ／ｍ２７１、 ℃と従来の粘土・高
アルミナ質れんかに比べて著しく大きいので、ｔｌとｔ
２の温度差は極めて小さい。

よって１２層の温度を下げることが出来ないので１２層
（裏張２′）にも高温度に耐え得る前記のごとき特殊耐
火物を使用することにより、ｔ２とｔ３に温度差が生ず
るが、これは断熱れんがを使用した場合に比べてかなり
小さい。

したがって、前述のごとく熱放散を防止するためには順
次特殊耐火物の厚みを増大しなければならず、非常に厚
い炉壁構造となる。

また、１１層と１２層の境界温度ｔ２が１８００℃以上
になった場合には、これに耐えうる断熱れんがは現在の
ところ見あたらない。

この場合、１２層に前述の断熱れんがを使用しようとす
る場合は１１層（特殊耐火物）の厚みを増大し、１１層
と１２層の境界温度ｔ２が１８００℃以下になるまで１
１層を厚くする必要がある。

このため炉体が必要以上に厚くなり、炉村費及び他の資
材（鉄骨）の所要量が増大すると共に施工が煩雑となる
。

本考案は上記のような種々の欠陥を排除すべく開発した
ものであり、本考案の実施例を示す添附図面に基いて更
に詳述する。

第３図図示の如く１例としてｌ′１層とｌ′３層の間ｌ
′２層（一般的にはｌ’ｎ−１層とｌ ’（ｎ＋１）層
の間のｌ′１層を表わす）に十分な耐火度を有する粉粒
体を充填することにより、十分なる断熱効果を持たせ得
る炉壁を構成するものである。

即ち、さらに具体的には、本考案は、例えば第４図に示
すごとく、周知の厚さ２００ｍｍのＳｉＣ質れんがより
なる内張１と、２７６ｍｍの間隔をおいて、層設され
た厚さ１５２ｍｍの一般の高アルミナ質の裏張２とで形
成された間隙３に、周知の球型形状のジルコニア質の粉
粒体４（平均直径０．５〜３．５ｍｍ）が軽く充填され
、かつ該裏張２の炉外側には厚さ３ｍｍの目地を介して
周知の高温用耐火断熱れんが５に直接フェルト状の保温
材６が平行に層設されている炉壁構造である。

第６図は本考案の実施態様を図示するもので、窯炉を長
期間使用していると、震動等によって充填された粉粒体
４の充填密度が変り、間隙３の上部に大きな隙間（図示
せず）ができて、断熱効果が低下するのを防止するため
に、高さ方向に５００〜１０００ｍ／ｍの間隔で耐超
高温耐火物の仕切部材７を設け、該間隙３を小さく縦方
向にブロック化して、上部の粉粒体４の重量が下部の粉
粒体４に直接付加されないように構成しているものであ
る。

この場合仕切部材７の裏面が層２に接する境界面温度は
上昇することになるが炉壁面積に比して接触面積は僅少
であり、問題にはならない。

また、同時に比較的長い仕切部材７が内張１と裏張２の
両方に、周知のダボで嵌め合って構築されているので内
張１が炉内側に張り出したり、炉外側に変形して、間隙
３の寸法が変り、断熱効果が低）威することも防止でき
る。

なお、内張１および仕切部材７用の特殊耐火物としては
、１９００〜２０００℃の高温に耐えかつ比較的安価で
あるということから、前記のＳｉＣ質れんが等のほかに
普通焼成のマグネシアれんが（Ｍｇ０９０％以上）、高温焼成のマグ・クロれんが（
Ｍｇ０６０％以上）およびＺｒＯ２質れんがが最適であ
るが、その他に必要に応じてＳｉ３Ｎ４質、炭素質等の
れんがおよびＣ−Ａｌ２０３−ＭｇＯ系、Ｍｇ０Ａ１２
０３系１．５ｉＣ−Ａ１２０３系、５ｉＣ−８ｉ３Ｎ４
系、ＭｇＯＺｒＯ２系、ＭｇＯ−ＣａＯ系れんが並びに
Ｃｅ２ＯあるいはＹ２Ｏ３質の原子炉用耐大物等が含ま
れる。

裏張２用の耐火物としては、一般の粘土、高アルミナ質
れんがが使用できる。

ここで述べる粉粒体４とは平均直径Ｑ、１ｍｍ−１０ｍ
ｍまテノ高耐火性ノＭｇＯ９Ａ１□０３．Ｃｒ２Ｏ３゜
ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，ＳｉＣ等が９０％以上の単一成分
またはそれぞれの組合せによって周知の手段で造られた
ものであって、粉体とは平均直径０．１〜１ｍｍ、粒体
とは同じく１〜ｌＱｍｍのものを言い、その形状は断面
が三角、四角、六角、１型、星形等いずれの形状でも良
い。

なお、上記の材質のうち、ＭｇＯ質、Ａｌ２Ｏ３質およ
びＺｒＯ２質が最も断熱効果がよくかつ耐用性が長い。

なお、平均直径とは、上記の様な形状の粉粒体４をこれ
と同体積の球の直径に換算した値をいう。

一般に、粉粒体４を充填した間隙３の熱伝導率は、下記
の式であられされることが実験的に確認されている。

すなわち、従って、空隙率は粉粒体４の入る間隙３の形状および粉
粒体４の形状ならびに充填圧力等によって異なるが、い
ずれの場合も、間隙３に粉粒体４を一度に約２５ｋｇ
程度投入したのち棒で２〜３回つきかため、必要に応じ
て同じ手法をくりかえして充填するのを標準とする。

もちろん、周知の加圧あるいは振動機構（図示せず）に
よって加圧あるいは振動充填することも可能である。

第４図に示すごとき構造の高温用小型加熱炉において、
粉粒体４が充填された空隙４は、粉粒間に充満する流体
（この場合空気）の断熱効果により粉粒充填層全体が断
熱性に優れた粉粒充填層を構成する。

しかし、粉粒体がＱ、１ｍｍ以下になると高温で粉粒体
の表面が溶融し、点状に結合すると同時に粉粒単体の熱
伝導率に近くなり断熱効果が失なわれ、また１０ｍｍ以
上の粒で構成される場合には充満された流体が対流伝熱
を起して、粉粒充填層の断熱効果が失なわれることにな
る。

以上の事由より経験的に粉粒は０．１〜１０ｍｍのもの
を使用するのがよい。

よって、厚さ２７６ｍｍのｌ′２層によって効率よく断
熱（ｔ２とｔ３の温度差５８７℃）されるので裏張２に
は、使用温度域の低い一般の高アルミナ質れんがが使用
できる。

よって全炉壁厚さ７７Ｑｍｍで炉外表面（但し、比較の
ため、鉄皮はすべて除外し保温材６の表面）は１７２．
５℃まで低下し、放散熱量を約７０％に低下することが
でき、省エネルギーに有効である。

また、第５図に示すごとく放散熱量を第２図と同じにし
てもよい場合は、全体の炉壁厚みを７３％まで薄くでき
るので炉体を小さく施工でき、かつ炉材等の資材も大巾
に節約できる。

以上詳記した称に、本考案の実施によって、内張の背部
と裏張の温度勾配を大きくすることによって、裏張耐大
物として一般の粘土、アルミナ質れんがを使用でき、特
に高温の窯炉の炉壁を容易かつ安価に構築できるととも
に、断熱効果が高いので、燃料の大巾な節減も可能であ
る点、誠に有効なものである。

なお、本考案は、高温の排ガスが通過するダクト等にも
適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の炉壁構造に係り、第１置部
度勾配の模式図、第２図は炉内温度が２０００℃の場合
の温度勾配を示すグラフ、第３図〜第５図は本考案の炉
壁構造における仕切部材７，７間の断面図に係り、第３
図は温度勾配の模式図、第４図は炉内が２００℃の場合
の温度勾配を示すグラフ、第５図は炉内温度および炉外
面温度を第２図と同一にした場合の炉壁厚さを示す縦断
面略図、第６図は本考案の炉壁構造を示す一部切欠縦断
面図である。図中、１・・・・・・内張、２・・・・・・一般の粘土
、高アルミナ質れんがよりなる裏張、２′・・・・・・
特殊耐火物よりなる裏張、３・・・・・・間隙、４・・
・・・・粉粒体、７・・・・・・仕切部材である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ＳｉＣ質れんが、塩基性れんがあるいはジルコニア質れ
んがよりなる内張１と粘土、高アルミナ質れんがよりな
る裏張２との間隙３に、前記のれんがよりなる仕切部材
７を所要の間隔をおいて高さ方向に設けて仕切り、該仕
切部材間に平均直径０．１〜ｌＱｍｍのマグネシア
質、アルミナ質あるいはジルコニア質の粉粒体４を充填
してなる高温工業窯炉の炉壁構造。