JPS5918376A - 加熱炉 - 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】 本発明は特定の内壁構造を有する加熱炉に関するもので
ある。

窯業製品の焼成に用いるトノネル炉やバッチ炉、カラス
窯や金属溶解炉、鉄鋼製品の加工や熱処理に用いる鉄鋼
加熱炉や均熱炉などにおいては８００℃、特には１２０
０℃以上の高温の熱風下で物品や粘性液体を加熱するの
で、これらの加熱炉の炉壁にはかかる高温に削えられる
ように耐火材や断熱材をたとえば厚さ１５オにも達する
ような複雑かつ多層の構造が要請され、特に天井部は温
度も高くなるのでより厚く重量の大きい炉壁構造とな９
、同時にこうした重量物を支えるために天井部のみなら
ず側壁部も含めて堅固な構造が必要で、−口でいえは築
炉に所要の炉材の質も量もスペースも高価につくもので
あった。一方、かかる加熱炉を操業するにあたっても、
炉壁の熱容量が大きいため操業開始時の熱上げに長時間
と多くの熱量を必要とし、所定の高温を維持するには炉
壁からの熱ロスはきわめて大きく、また送入する熱風量
に見合う量のまだかなｐ高温の排カスにもち去られる熱
ロスも大きく、この排カスから熱回収を行なうには別途
熱交換器を設けねばならないなどの問題点を有していた
。

本発明はこれらの問題点を解決するだめの特定の内壁構
造を有する加熱炉を提供するもので、すなわち本発明は
セラミックスからなる内壁を有する加熱炉において、該
内壁の内外（Ｃ通ずる多数個のカス流路および該カス流
路と近接かつ隔絶する多数個の流体流路を該内壁に形成
せしめであることを特徴とする加熱炉、および該内壁よ
り内側にセラミックスからなる障壁を該内壁と離隔して
設け、かつ該障壁には該障壁の内外に通ずる多数個のカ
ス流路を形成せしめであることを特徴とする上記の加熱
炉を提供するものである。

以下に図面に基づいて本発明を説明する。

第１図はトンネル炉の天井部内壁を特定構造とした実施
例である。アルミナ煉瓦、マグクロ煉瓦などの上質耐火
物で構築した炉側壁１および鋼材で組んだ架橋６の梁４
からの吊ビーム５によって支持きれるンヤモソト煉瓦な
どの低級耐火物で構築した炉天井壁２を有するトンネル
炉において、炉側壁の天井近くの部位にヘッダ−６，６
’および第３Ｍに示すようなセリ受は煉瓦７．７′が配
設芒れている。向かいあうセリ受は煉瓦の間に１ｌ−ｉ
第４図に示すようなセリ煉瓦８から成る内壁９がアーチ
状に構築゛されておシ、必要に応じてヘソターの炉外壁
側には架構に固定きれた支持金具１０が設けられて内壁
９の重量に由来する（負方向の圧力に抗している。

炉内に送入された約１４００℃の熱風は炉内の物品を加
熱したのち、約１３００℃の排ガスとなって内壁９に設
けられている多数個のガス流路を内壁の炉内側から天井
側へゆるやかな流速で通過し、炉天井壁２と内壁９との
間の空間に開口する図示していない排気ダクトを経て炉
外に排出される。一方、燃料の燃焼に用いられる空気は
炉外かも入口側ヘッダー６に導かれ、入ロ側セリ受は煉
瓦７を経て、内壁９の内部に内壁面（（略平行して設け
られている流体流路を適宜な流速で通過し、この間に排
カスと熱交換して加熱きれ、出１］側セリ受は煉瓦７′
を経て、出口側ヘソグー６′から約４００’Ｃに加熱さ
れた予熱空気として回収きれる。なお流体流路には空気
の他の適宜な流体を流してもよい。

セリ受は煉瓦１ｌ−ｉ第６図に示すような形状をしてい
る。すなわち直方体を、稜に平行にしてかつその稜を含
む二面と交わる斜面で切截したような外形をしており、
セリ受は面７　ｃ　−７ｄ−７ｅ−７ｆとへツタ−面７
ａ−７ｂ−７ｊ−７ｉとの間に複数個の流体流路１５が
側面７ｂ−７ｃｍ７ｆ−７ｇ−７ｊおよび７ａ−７ｄ−
７ｅ−７ｈ−７ｉに平行に設けられている。このセリ受
は煉瓦は面７ｈ−７ｉ−７ｊ−７ｇを底面とし、面７ａ
−７ｂ−７ｃｍ７ｄを」二面としてその上下に積まれる
アルミナ煉瓦などと共に炉側壁を構成する。ヘッダー面
は炉の外側を向いてヘッダー６．６′の開口面と接し、
セリ受は面の上にはセリ煉瓦８が逐次績まれて内壁のア
ーチを形成する。二つの側面′には同様のセリ受は煉瓦
が並んで配置される。なお第６図において一部の流路は
省略して示されている。

天井がアーチ天井の場合には、内壁である天井を構成す
る煉瓦としては一般にセリ煉瓦が適しており、典型的な
セリ煉瓦は第４図に示すような形状をしている。すなわ
ち断面が対称な台形である直角柱状の外形を有するセリ
煉瓦において、稜８ａ−８ｂは稜８ｄ−８ｃよｐ長くか
つ平行である。底面８ｄ−８ｅ−８ｆ−８ｃと上面８ａ
−８ｈ　　８ｇ−８ｂとの間には底面および上面に開口
し両面間を連通ずる複数個のガス流路１６が側面８ａ−
８ｄ−８ｃｍ８ｂに略平行にかつ層状をなして走ってい
る。斜面８ａ−８ｄ　−８ｅ　−８ｂと斜面８ｂ−８ｃ
ｍ８ｆ−８ｇとの間には両斜面に開口し両肩面間を連通
ずる複数個の流体流路１５が側面に略平行にかつガス流
路と交互に層状をなして走っている。

ガス流路１６と流体流路１５は相互に近接しかつ隔絶し
て設けられており、かつその流路の向きは相互に概ね直
交しており、いわゆる直交形換熱器ユニツ１−を形成し
ている。しかしてセリ煉瓦の底面が炉の内側に向き１、
かつセリ煉瓦の両斜面に他の同形のセリ煉瓦の斜面が逐
次接し、両末端のセリ煉瓦の斜面はセリ受は煉瓦のセリ
受は面と接するように配置される。この際、セリ受は煉
瓦のセリ受は面に開［コする流体流路１５の位置はセリ
煉瓦の斜面に開口する流体流路１５の位置と一致するよ
うに構成されている。なお第４図において一部の流路は
省略して示されている。

かかる内壁は次のような効果を奏するものである。すな
わち従来の加熱炉では例えば炉内加熱温度約１４００℃
に対し、たかだか１００℃しか低くない約１３００℃の
高温排カスが多量の顕熱を有したまま炉外に排出きれ、
その熱ロスは大きなものであり、またこの熱ロスをいく
らかでも回収するためには炉外に新たな高温に耐える熱
交換器を設置せねばならぬ不便があったのに対し、本発
明の加熱炉では、多数個の流体流路と多数個のカス流路
が近接かつ隔絶して設けられている内壁１ｃおいて　排
カスと被加熱流体とが混じりあうことなく簡便に、かつ
効率よく熱交換されることとなシ、内壁を通過した排ガ
スは１０００℃以下まで冷却きれ、一方室温乃至ｉｏｏ
℃で導入された空気は条件にもよるが約５００℃にまで
予熱されて容易に熱回収が図られる。寸だ従来の加熱炉
では天井部などの特定位置から排ガスを導出していたの
で、内壁の当該特定位置周辺と他の内壁各部との間には
熱風流量や温度に分布を生じ、ひいては被加熱体の加熱
温度が炉内部位によって不均一となったり、炉壁部位に
よって炉材材質を使いわける必要が生じたり補修頻度に
差を生じたシしていた。しかるに本発明では広い面積に
わたる内壁の各部位からほぼ均等に排ガスを導出するの
で上述の欠点も解消きれ、かつ熱交換にも広、い面積が
利用できるので、不妊い内壁厚きで所要量の熱回収が図
れる。さらに広い面積にわたり多数個の流体流路と多数
個のカス流路が相互独立して設けられているので、これ
らのうちの一部の流路が閉塞その他の損傷を起こしても
全体の機能に致命的な損害を与えない利点も有する。

内壁は空気などの流体によって強制冷却されていること
となるので、内壁の炉内側と天井側との間にかなりの温
度差が生じ、換言すれば高機能の断熱層を形成している
ことになり、同時にこの内壁の平均温度も低下するので
、従来の高級耐火材・高級断熱材を厚く張りつめた内壁
構造に比べてきわめて軽量かつ簡易な内壁構造が得られ
ることとなり、ひいては内壁を構成するセリ煉瓦、これ
を支持するセリ受は煉瓦、をらには側壁や架構に要求さ
れる強度も低下させられる。また内壁のガス流路を通過
した後の排カスは温度が低下しているので炉天井壁を構
成する炉材には高温の熱風に直接嘔ら烙れる部位（例え
ば第１図における炉側壁）の炉材に比べてグレードを落
とした材質が採用可能となシ、さらに炉材層の厚さも、
従来なら天井部は側壁部よシ厚くする必要があったのに
対し、本発明では逆（Ｃ薄くできるものである。このこ
とは式らに、従来なら天井部は重畳した複雑なセリ構造
を必要としたのに対し、一層の炉材による簡易な吊天井
構造や、条件によっては単なる鉄板外皮のみの天井構造
をも可能とするものである。

これらのことは築炉のだめの資材を節減するのみならず
、炉の熱容量も低下きせて、炉操業における熱上げ、熱
下げをも容易にするものである。

本発明で示す内壁構造は炉天井部に適用するのが好まし
い。これは熱風の対流効果によシ炉天井部が一般に最も
高温になシやすく、従来は炉壁も厚く複雑であったので
本発明の効果がより良く発揮され、きらに特別な強制通
風装置を設けることなく、炉のドラフト効果のみによっ
ても天井部内壁の各ガス流路から均一に排ガスを圧損少
なく排出できるからである。しかし、炉天井部に限定さ
れることなく、炉側壁部その他の内壁に適用することも
容易である。また排カスの排出の／こめに適宜な強制通
風装置を備えてもよい。

内壁を構成する部材の材質は必要とされる耐熱性、断熱
性、強度などに応じてコーンライ１〜質、ムライト質、
ンルコニア質、炭化ケイ素質、窒化ケイ素質など各種の
セラミックス耐火材が選択できる。なかでもコーンライ
ｌ−質、炭化ケ８イ素質は耐熱衝撃性に優れ、内壁各部
位の温度差に耐えられるなどの点で好適である。

換熱式熱交換機能を有する内壁は第４図に示したような
、一つの成形体ですでに換熱式熱交換体を形成している
同形または類似形の成形体ユニットを敷きつめて構成す
るのが築炉が容易で強度も確保しやすいなどの点で好せ
しいが、流体流路のみを有するセラミックス体と′カス
流路のみを有するセラミックス体と交互に敷きつめるな
どして構成してもよく、あるい（は個々の流路の半裁断
面を有するセラミックス体を組み合せ、ζらには適宜な
隙間を空けてセラミックス体を組み合せるなどしてこれ
らの流路を構成してもよい。壕だ天井部内壁を構築する
にあたっては必ずしもセリ構造でなくてもよく、適宜な
支え梁の上に内壁を敷いたり、内壁を吊り構造としても
□よい。また第４図のセリ煉瓦は側壁間でアーチを構成
し奥行方向ではアーチを構成していない天井部内壁に好
適であるが、セリ煉瓦の形状を変更して奥行方向にもア
ーチを構成可能として、丸天井形の炉に適用することも
可能である。

カス流路および流体流路は近接かつ隔絶していることが
効率的な熱交換を行うために必須であるが、各流路の断
面形状、断面積、流路数、両流路間の距離などは、内壁
面積、排カスの量と温度、被加熱流体の箪と温度、内壁
強度などの諸因子を勘案して適宜設計可能であり、一般
的には一流路の断面積が１〜５　ｃｍ２、ガス流路数は
内壁面積１ｍ２　あた９５０〜１５０個、流体流路数は
内壁断面積１ｍ２あた９５０〜１５０個が好ましいが、
必ずしもこれに限定されない。

また両流路の流れ方向は直線状、斜行状、屈曲状、蛇行
状などが選択できる中で、カス流路が内壁面に略直交し
、流体流路が内壁面に略平行していることが、設計・製
作が容易でちゃ、圧力損失も少なくて好便である。

内壁における両流路の分布は均一であっても不均一であ
ってもよい。内壁面内で均一であることは均熱炉、均熱
帯など炉内各部温度が均一である場合に好ましく、一方
、炉内各部で温度差が大きい場合には流路も内壁面内で
適宜疎密に分布させるのが好ましい。内壁の厚き方向で
は、炉内側に流体流路を疎に分布σせまたは炉内側にや
や厚く流体流路を設けない層を形成せしめてこの内壁の
炉内側の冷却熱量を少くして省工不ルキーを図るのも有
効である。

一方、ヘラターの形状を適宜選択して組合せることによ
υ空気の加熱温度などを調節可能である。第５図はトン
ネル炉などにおいて炉の奥行方向での温度分布をなるべ
く少なくしたいいわゆる均熱帯部分に好ましい流路構成
である。

なお第５図〜第７図において被加熱流体の流れ方向は矢
線で示されている。すなわち、第５図は奥行方向に連通
しかつセリ受は煉瓦側に開口するヘラターを用いた場合
を示し、入口側へツタ−に導入された空気は各セリ受は
煉瓦にほぼ均等に分散されて導かれ、したがってセリ煉
瓦からなる内壁をほぼ均等に流れて出口側ヘッダーに流
出する。しかして内壁が空気に冷却をれる熱量は炉の奥
行方向でほとんど差がなく、しだがって炉内は奥行方向
で均一な１品度分布を維持可能である。また第６図に示
すように奥行方向には連通せず、上方、下方または外方
のいずれか一方とセリ受は煉瓦側に開口するヘラターを
用いて加熱されるべき空気と加熱された空気を交互のヘ
ラターに導くように流路を構成して炉の奥行方向のみな
らず、炉の両側壁方向間の温度分布を少なくすることも
可能である。またたとえばトンネル炉の予熱帯あるいは
冷却帯々どのように、炉の奥行方向に温度分布がある部
位には第７図のような流路構成が採用しうる。

すなわち−側方とセリ受は煉瓦側に開口するヘノターを
側方の開口を向かいあわせ、かつ内壁をへだでて向かい
あうヘノターとは側方の開口が逆側にな乙ように配置し
、加熱きれるべき空気を炉の低温部側内壁９″から導入
し、高温部側内壁９′へ導出することにより、この空気
は内壁の流体流路を炉の低温側から高温側まで複数回往
復して流れ、加熱側流体である炉排カスとの間に直交向
流型熱交換ケしてかなりの高温にまで加熱された予熱空
気が得られる。

流路を流れる排カスおよび流体は適宜の流量を選択でき
るが、入口側へツタ−に導かれる流体が１００℃程度以
下の空気などである場合には、排カス量に対し、空気な
どの被加熱流体量はほぼ等量から半量が好適である。

ざらにかかる内壁構造においては被加熱流体量、排カス
量、排カス温度などによっては、内壁からの伝熱または
排カスの顕熱などによシ系外に持ち去られる熱量が無視
できない場合もあるが、このような場合には第７図の如
く、内壁より内側に該内壁とは離隔してセラミ・ノクス
からなる障壁１７を設けることが有効であや。この障壁
にはその内外に通ずる多数個のカス流路を形成せしめて
おくことにより排カスの流路を確保するとともに、セラ
ミックスからなるので高温になるほど高い熱線輻射能を
有し、高温の熱風や排ガスの熱エネルギーをこの障壁に
よって炉内に再輻射し、排ガスや内壁して与えられる熱
工不ルキーを削減する効果を有する。かかる障壁は各種
のセラミックス材から構成可能であるが、コーンライト
質、ンルコニア質、ムライト質、炭化ケイ素質、望化ケ
イ素質などからなる輻射効率の高い、かつ耐熱性の一セ
ラミ・ノクスからなるノーニカム体をその開口面が障壁
の内外に向くように敷きつめて構成するのが好便である
。かかるノ＼ニカム体の外形状は断面が５〜３０α角、
長さが６〜２０ｃｍの四角柱状が好ましいが、寸法、形
状ともこれに限定されない。またハニカム体の流路は代
表径１〜１０論の四角断面状で厚さ０３〜５唄の隔壁で
隔てられているのが好ましいが、同様にこれに限定をれ
ない。

これらのハニカム体は適宜な支持枠により支持されて障
壁を形成するのが好ましい。なお障壁はその内外に通ず
る多数個のカス流路を形成せしめてあれば、ハニカム体
に限定きれず、障壁面に多数の凸凹を形成せしめだシ、
多数の盲孔を形成せしめたりして輻射増進を図ってあっ
てもよい。またかかる障壁はその要部が内壁と離隔して
いれば、障壁の周辺部が内壁と接していても差しつかえ
ないし、上述した特定構造の内壁の内側にこれより狭く
またはこれより広く障壁を設けても差しつかえない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明実施例のトンネル炉の縦断
面図である。第３図および第４図は上記トノネル炉のそ
れぞれセリ受は煉瓦、セリ煉瓦の斜視図である。第５図
、第６図および第７図はいずれも上記トンネル炉の天井
部内壁とヘノターの配置および被加熱流体の流れ方向を
模式的に示す要部平面図である。 １：炉側壁　２：炉天井壁　ろ：架溝 ６．６′：ヘッダ−７，７′：セリ受は煉瓦８：セリ煉
瓦　９：内壁　１５：流体流路１６：ガス流路　１７：
障壁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　セラミックスからなる内壁を有する加熱炉において
   、該内壁の内外に通ずる多数個のガス流路および該カス
   流路と近接かつ隔絶する多数個の流体流路を該内壁に形
   成せしめであることを特徴とする加熱炉。 ２　内−壁は天井部内壁である特許請求の範囲１記載の
   加熱炉。 ５　カス流路は内壁面に略直交し、流体流路は内壁面に
   略平行している特許請求の範囲１捷たは２記載の加熱炉
   。 ４　セラミックスからなる内壁を有する加熱炉において
   、該内壁の内外に通ずる多数個のカス流路および該ガス
   流路と近接かつ隔絶する多数個の流体流路を該内壁に形
   成せしめてあシ、該内壁よシ内側にセラミックスからな
   る障壁を該内壁と離隔して設け、かつ該障壁には該障壁
   の内外に通ずる多数個のカス流路を形成せしめであるこ
   とを特徴とする加熱炉。