JPH0222296B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炉の壁面に使用することにより熱効
率を向上せしめうる輻射増進体に関するものであ
り、ユニツト化したパネルとしても供給できるば
かりか現場施工で炉壁を構成しうるものである。

ガラス溶融炉、セメント焼成炉、鉄鋼、非鉄な
ど金属加熱炉その他一般工業用炉において、省エ
ネルギーを目的とした各種の改善がなされてい
る。

例えばその一例として既設または新設の炉壁に
セラミツクフアイバーからなる断熱層を内張りす
ることが行われている。この方法は熱が炉壁を伝
わつて炉外へにげることを防ぐにはそれなりの効
果をもち断熱炉壁としては有用であるが、加熱炉
などとしての炉内での被加熱物の加熱促進という
点からすれば断熱層からの輻射効果は期待できな
い。

また、他の例として、表面に多数の凹凸をもつ
セラミツク多孔板が輻射増進の効果を有している
ことおよびそのような多孔板を炉の内張りとして
使用すると加熱促進に役立つことも知られてい
る。

この方法は輻射増進の効果は期待されるのであ
るが、多孔板を炉壁耐火物の前面に直接内張りす
るものであるため、炉壁耐火物を通しての熱伝導
による熱損失が大きいこと、さらには多孔板と炉
壁耐火物の熱膨脹差に起因すると考えられる多孔
板或は耐火物への亀裂の発生があることなどのた
め実用化が進んでいないのが実状である。

本発明者らは、これらの点に鑑み種々研究され
た結果として多孔板使用による波長変換機構をも
たせた輻射増進効果を炉内に形成せしめるととも
にこの効果を有効に発揮せしめるための耐久性を
もたせると同時に炉壁を伝わつての熱伝導による
熱損失の防止をも可能ならしめることに成功し、
そのための構成体を先に提案した。

即ち、そのような構成体は、表面に多数の孔又
は溝を有する輻射増進セラミツク層と耐熱繊維か
らなる可変形断熱材層および耐熱固形断熱材層か
らなるものであり、さらにこれらの各層を、これ
らの各層の面に垂直な方向に共通孔を形成し、該
共通孔にセラミツク製の略Ｔ形等の保持具を挿通
するなどして炉壁を構成したものである。

第１図はその典型例を示したもので本発明の基
礎ともなる構成体１は基本的には、炉の内張りと
して使用する或は施工するに際して炉内面側に位
置する輻射増進セラミツク層２とその背面に中間
層として介在する耐熱繊維からなる可変形断熱材
層３およびそのさらに背面に位置する固形耐火材
層４とからなつている。

これらは、このようにすることにより輻射増進
の目的が達成されるのであるが、さらに一つの大
きな利点としてこれらの構造体をユニツト化した
耐火パネルとして供給できるということである。

即ち、工場で製造し、現場では新設、既設或は
補修を問わず炉内張りとしてそのまま設置すれば
よいものとして使用できるのである。勿論、必要
に応じて現場施工によりこのような構造の炉の壁
面（壁、天井等）を構成することもできる。

このように、これらは大変有益なものである
が、さらに種々検討の結果、これらの利点を生か
したまま輻射増進セラミツク層からの輻射増進を
より促進することができることを見い出しことに
成功し、本発明として提案するものである。

即ち本発明は、表面に多数の孔又は溝をその一
部は厚み方向に少くとも貫通したものとして有す
る輻射増進セラミツク層を、耐熱繊維からなる緩
衝材を介して耐火ブロツクに、該輻射増進セラミ
ツク層の貫通した孔又は溝が該層の表裏両面で空
間に連通した状態で保持されている輻射増進体で
あり、さらには表面に多数の孔又は溝を、その一
部は厚み方向に少くとも貫通したものとして有す
る輻射増進セラミツク層を、高温ガス流通路にお
いて、耐熱繊維からなる緩衝材を介して耐火ブロ
ツクに、該輻射増進セラミツク層の貫通した孔又
は溝が、該層の表裏両面で該流通路に連通するよ
うに、かつ高温ガスの上流側に輻射増進セラミツ
ク層が面するように配置、保持せしめてなる輻射
増進加熱炉を提供するものである。

本発明を以下図面を参照して説明する。

本発明の輻射増進体１０は基本的には、第２図
及び第３図に例示するように、輻射増進セラミツ
ク層１１、耐熱繊維からなる緩衝材１２及び耐火
ブロツク１３からなるもので、それぞれについて
まず説明する。

輻射増進セラミツク層１１は、表面（少くとも
炉に使用したときその内面（高温側）に位着する
外表面）に多数の孔又は溝を有しており、これら
の孔又は溝の少くとも一部はセラミツク層の面に
垂直な方向（厚み方向）に貫通しているものとし
て形成されている。

第２図及び第３図に示すものは格子状の薄壁１
１ａで区画された多数の貫通孔１１ｂを形成した
いわゆるハニカム状セラミツク板状体であり、第
４図に示すものは多数の貫通した円形孔１１ｂを
形成した多孔板状体であり、第５図に示すものは
格子状にその一表面に溝１１ｃを形成した板状体
である。

これらにおいて、第２図乃至第４図では孔が貫
通孔であるため本発明で必要な貫通路を特別に形
成することなくこれらの部分を利用できるが、第
５図の如く輻射増進目的の溝（又は孔）が未貫通
の場合には第５図には例示していないがこれらの
溝（孔）１１ｃとは別に後述するガス流通路を形
成するための貫通孔又は貫通溝を厚み方向に形成
しておくことが必要である。

このようにセラミツク層として少くともその外
表面に多数の孔又は溝を有しているものを用いる
ので炉内張りとして使用した場合、壁面からの輻
射率の向上が可能となるのであり、形成する孔や
溝の数、位置、形状、深さ、大きさなどは目的に
応じて適切なものとして選択決定することができ
る。

セラミツクの材質としては、ジルコニア、アル
ミナ、ムライト、マグネシア、コージエライトな
ど通常の酸化物からなるものであつてもよいし、
窒化珪素、炭化珪素、ボロンカーバイドなどの非
酸化物からなるものであつてもよい。

中間層となる耐熱繊維からなる緩衝材１２は、
高温下に使用しても耐熱性と柔軟性を維持してい
るものであつて高融点のいわゆるセラミツクフア
イバーからなるものである。セラミツクフアイバ
ーとして適当なものは、アルミナシリカ、アルミ
ナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、炭化珪素な
どであり、層状体とするにはこれらからなる織
布、不織布、綿状物であつてもよいし、これらを
ブランケツト状、シート状、束状など任意の形態
として使用することができる。

このように、この緩衝材層１２は中間層とし
て、高温で強熱されて白熱化した内側セラミツク
層の高温下における有効な断熱層として作用する
とともに、該セラミツク層と後述するその背後の
固形耐火ブロツク間の緩衝層として、これらへの
亀裂の発生を防ぎ耐久性のある構造を可能とする
ものであり、具体的に介在せしめる厚みとしては
５〜20mm程度が適当である。

この緩衝材には、次にのべる耐火ブロツクと同
様後述するガス流通容易な貫通路１２ａを形成し
ておくもので、この貫通路１２ａは第３図の如く
緩衝材に直接形成せず、これらの間に形成される
ようなものであつてもよい。この貫通路１２ａに
前述の輻射増進セラミツクの貫通孔又は溝を合わ
せることにより、それらの孔又は溝が空間に連通
した状態を形成することができる。

つぎに耐火ブロツク１３は、高温白熱セラミツ
ク層の断熱を緩衝断熱材１２による断熱につづい
て出来るだけ補完せしめるものであるとともに、
輻射増進セラミツク層を保持するものである。

輻射増進セラミツク層の保持については後述す
るとして、耐火ブロツクとしては次のようなもの
が適当である。

耐火ブロツクとして好ましいことは目的に応じ
ての十分な強度と可及的に熱伝導率が小さい耐火
材層として十分な厚みを形成しうるものである。
これらは特別な材質である必要はなく、通常よく
知られている断熱耐火物からなるものでよく、例
えば不定形耐火物（キヤスタブル）によるプレキ
ヤスト品であつてもよく、またプレス品であつて
もよい。具体的な例として多孔質シヤモツトやア
ルミナ中空粒などを骨材とした軽量キヤスタブル
耐火物が適当である。

また、この固形断熱材層として、目的によつて
は厚みを小さくすることが望ましい用途の場合
や、この層でも高温下の有効な断熱を特に必要と
する場合などによつては、中間層として使用する
ようなセラミツクフアイバーからなる繊維質の断
熱材を応用することを有効であるが、この場合に
は無機質のバインダーを使つて予め固形化してお
くか、熱をかけたら硬化し固形化するようにブロ
ツク化しておくことが必要である。これは可変形
のままでの使用は炉へのセツトが困難であるばか
りか、安定した炉の使用ができないからである。

このような耐火ブロツク１３には、本発明では
前述した緩衝材層と同様第２図に示す如くガス流
通容易な貫通路１３ａを形成しておくものである
が、この貫通路１３ａは、第３図の如く緩衝材の
場合と同様耐火ブロツク自体に形成せず、これら
の間に形成されるようなものであつてもよい。

本発明の輻射増進体は基本的にはこのような３
層構造からなるものであつて、これらの使用態様
としては、予め３層を一体化したパネルユニツト
として工場生産し、そのまま現場の炉に適用する
こともできるし、これらの３層を主体とした構造
を現場の炉で形成せしめることもできる。

前者のパネルユニツトとして使用に供する場合
や施工を容易とするためには３層の夫々の境界面
を高温接着剤で接合しておくことも望ましい。

この接着剤の使用の有無にかかわらず、本発明
輻射増進体は、これらの３層を一体化する手段と
してセラミツク保持具或は押え板などの係止部材
又はこれと併用して保持具を固定するために不定
形耐火材を使用するのが好ましく、これらの具体
的な手段および炉への使用態様の好ましい例につ
いてさらに第６図乃至第１１図を参照して説明す
る。

第６図は第３図に示したような３層を貫通路１
２ａ，１３ａが一致するようにし、セラミツク層
１１、緩衝材１２及び耐火ブロツク１３に共通し
て予め形成しておいた共通孔１１ｄ、１２ｄ及び
１３ｄにセラミツクからなる保持具（スタツド）
１４を嵌挿せしめ、保持具１４の拡大座板１４ａ
でセラミツク層を抑えて、脚部１４ｂを耐火ブロ
ツク１３の孔１３ｄに埋込むことにより、セラミ
ツク層を耐火ブロツクに保持させた例である。

第７図は第２図に示すようなそれ自体に貫通路
１２ａ，１３ａを形成した緩衝材１２及び耐火ブ
ロツク１３を積層し、第６図と同様にセラミツク
保持具１４を使用した例であるが、セラミツク保
持具１４の脚部を拡大脚部１４ｂとして、この部
分に高強度の不定形耐火材１５を充填して耐火ブ
ロツク１３に埋込むようにした例である。

第８図及び第９図は、係止部材を必ずしも使用
しなくてもセラミツク層１１を耐火ブロツク１３
で保持し易い例を示すものであるが、図面では係
止部材としてセラミツクからなる押え板１６を使
用した例である。

第８図は耐火ブロツク１３の貫通路１３ａ内に
輻射増進セラミツク層を耐火ブロツクの内側に形
成したフランジ部１３ｂで緩衝材１２を介して保
持するように嵌め込んだもので、その上にリング
状のセラミツクからなる押え板１６をさらに嵌め
て固定した例である。ここで緩衝材１２はセラミ
ツク層１１の外側面と耐火ブロツク１３の内側面
間に介在せしめてもよい。又、図示するように、
押え板１６とセラミツク層１１との間に別の緩衝
材１７を介在せしめてもよいし、押え板は耐火ブ
ロツクに接着剤で接合するようにしてもよい。

第９図は耐火ブロツク１３の貫通路１３ａを断
面角錐形とし、輻射増進セラミツク層１１の保持
をより容易ならしめたものであり、この場合には
押え板１６の使用は殆んど必要なく、特にこのよ
うな輻射増進体を天井に使用する際には全く不必
要である。

尚、このような第８図及び第９図に示すような
例においては耐火ブロツク１３はその使用に際し
ては輻射増進セラミツク層と同様被加熱物側、即
ち炉内面の高温側にその一部が位置することにな
るので、より耐火性のある材質が使用される。

第１０図及び第１１図は本発明による輻射増進
体を使用した加熱炉の実施態様を示すもので、第
１０図は天井壁特に中天井壁として、また第１１
図は高温域と低温域の熱遮断としての間仕切壁と
してそれぞれ使用したものである。（尚、これら
の図面において輻射増進体の炉内への取付け手段
は省略してある。） 第１０図において、２１は加熱炉２０の天井
壁、２２は本発明輻射増進体１０で形成した中天
井である。炉底にはレール２３が敷設され、レー
ル２３上を被加熱物２５を搭載する台車２４が移
動し、熱風である高温ガスは図面左側から送入さ
れるようになつている。

このような加熱炉で、被加熱物の通過する領域
の上側に被加熱物及び天井壁と適宜な間隔を保つ
て前述の中天井があり、高温ガスからの吸収熱を
輻射熱として被加熱物に与えることができるわけ
である。ここで被加熱物を効率よく加熱するには
高温ガスからの輻射増進体への対流伝熱を多くす
ることがよく、このためには輻射体を通るガス流
通を促進することが必要であり、本発明によれ
ば、輻射増進セラミツク層の貫通孔（又は溝）が
高温ガス流通路に連通するようになつているので
それが可能である。

例えば図示していないが中天井の下側の側壁に
被加熱物に向けて高温ガス吹出口を設け、中天井
の上側の側壁に取出口を設け、煙道２７を天井に
設けておくことにより、高温ガスを矢印に示す方
向に流れるようにできる。

即ち、このようにすることにより、中天井であ
る輻射増進体の加熱は促進され、これよりの輻射
熱による被加熱物の効率よい加熱が達成されるわ
けである。

第１１図において、輻射増進体１０は、高温ガ
ス流通路の高温側に向けて輻射増進セラミツク層
１１がくるように配置することで、ガス流通路を
矢印に示すガスの流通を損うことなく高温域２０
ａと低温域２０ｂとに遮断してなるもので、本発
明の効果を被加熱物２５に十分与えることができ
るのである。

このように本発明は、輻射増進による加熱効果
をより促進することのできるものであり、その工
業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の輻射増進体を説明するための分
解した斜視図、第２図及び第３図は本発明輻射増
進体を説明するための分解した斜視図、第４図及
び第５図は輻射増進セラミツク層の一例を示す部
分斜視図、第６図及び第７図は本発明輻射体の実
施態様を示す断面図、第８図及び第９図は本発明
の他の応用例を示すものでａは断面図、ｂは平面
図、第１０図及び第１１図は本発明の他の実施態
様としての加熱炉の構成を示す断面図である。 図面にて、１０は本発明輻射増進体、１１は輻
射増進セラミツク層、１２は緩衝材、１３は耐火
ブロツク、１２ａ，１３ａは貫通路をそれぞれ示
している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に多数の孔又は溝をその一部は厚み方向
   に少くとも貫通したものとして有する輻射増進セ
   ラミツク層を、耐熱繊維からなる緩衝材を介して
   耐火ブロツクに、該輻射増進セラミツク層の貫通
   した孔又は溝が該層の表裏両面で空間に連通した
   状態で保持されているユニツト化された炉壁用の
   輻射増進体。 ２ 輻射増進セラミツク層は係止部材を使用して
   緩衝材を介して耐火ブロツクに保持されている特
   許請求の範囲第１項記載のユニツト化された炉壁
   用の輻射増進体。