(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の耐火材層が積層された炉体構造であって、
有底筒状の鉄皮の内底に、複数の底部耐火材層が積層されていると共に、前記底部耐火材層の上に、前記鉄皮の内周面に沿って側壁部耐火材層が積層されており、
最上段の前記底部耐火材層の上面と、前記側壁部耐火材層の底面との間のみに、接着されることなく黒鉛シートが挿入されており、
最上段の前記底部耐火材層の外周面と、前記鉄皮の内周面に沿って形成された裏張り耐火材層との間のみに、不定形耐火物が充填された不定形耐火物層が形成されており、
該不定形耐火物層は、前記黒鉛シートの有する滑り性により外周側に向かって延びる最上段の前記底部耐火材層の熱膨張を吸収する層である
ことを特徴とする炉体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の耐火材層が積層された炉体構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼用炉、製銑用炉、焼却灰溶融炉、廃棄物溶解炉などの炉は、一般的に、有底筒状の鉄皮の内側に、耐火煉瓦等の耐火材で形成された耐火材層が複数積層され、隣接する耐火材が耐火モルタルで接合された炉体構造を有している。これらの炉の温度は、使用時には千数百℃という高温となるため、個々の耐火材はそれぞれ熱膨張する。耐火材どうしを接合している耐火モルタルは、耐火材の熱膨張を吸収する作用を有しているが、熱膨張が十分に吸収されないと、隣接する耐火材によって熱膨張が制限されて応力が発生する。その結果、隣接する耐火材どうしが押し合うような力が作用し、耐火材に反り等の歪みが生じるおそれや、亀裂・割れ等の損傷が生じるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、熱膨張が制限されることに起因する耐火材の歪みや損傷が発生しにくい炉体構造の提供を、課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる炉体構造は、「複数の耐火材層が積層された炉体構造であって、耐火材層の一部とその上段の耐火材層との間には、接着されることなく黒鉛シートが挿入されている」ものである。
【０００５】
「耐火材層」を形成する「耐火材」としては、耐火煉瓦、或いは、不定形耐火物を予め所定形状に成形した後に養生・乾燥させたプレキャストブロックを使用することができる。
【０００６】
「黒鉛シート」は、層間化合物とした黒鉛を急激に加熱し、層間の物質をガス化して層間隔を押し広げ、その後圧延することにより得られるシート材料を指している。
【０００７】
耐火材層は、上段に積層された耐火材層の重量により、上方から押さえ込まれた状態にあるため、高温下で熱膨張しようとしても、その伸びが制限される。これに対して、本発明では、上段側の耐火材層との間に接着されることなく黒鉛シートが挿入されているため、黒鉛シートの高い滑り性により、上下段の耐火材層は相対的に横方向（耐火材層が上下に積層される方向に直交する方向）に伸びることができる。従って、上記構成の本発明によれば、高温下で耐火材層が熱膨張する際に横方向に伸びやすいため、熱膨張が制限されることに起因する耐火材の歪みや損傷が発生しにくい。
【０００８】
本発明にかかる炉体構造は、上記構成において、「有底筒状の鉄皮の内底に底部耐火材層が形成されていると共に、前記底部耐火材層の上に、前記鉄皮の内周面に沿って側壁部耐火材層が積層されており、前記黒鉛シートは、前記底部耐火材層の上面と前記側壁部耐火材層の底面との間に挿入されている」ものとすることができる。
【０００９】
底部耐火材層は、側壁部耐火材層に比べて横方向の長さが大きいため、熱膨張によって横方向に伸びようとする長さの計が大きい。ところが、「有底筒状の鉄皮の内底に底部耐火材層が形成されていると共に、前記底部耐火材層の上に、前記鉄皮の内周面に沿って側壁部耐火材層が積層されている」構成においては、底部耐火材層の外周側では、底部耐火材層の上に側壁部耐火材層が積層されている。そのため、側壁部耐火材層の重量によって、底部耐火材層は外周側で上から押さえ込まれた状態にあり、その部分では熱膨張しにくい。その結果、底部耐火材層は、上方に側壁部耐火材層が存在しない内周側で熱膨張し、上向きに反りかえったり、浮き上がったりするおそれがある。
【００１０】
これに対し、本発明では、底部耐火材層の上面と側壁部耐火材層の底面との間に、接着されることなく黒鉛シートが挿入されているため、高温下で熱膨張する底部耐火材層は、側壁部耐火材層によって上方から押さえ込まれていても、滑るように横方向に伸びやすい。従って、上記構成の本発明によれば、高温下における底部耐火材層の熱膨張を横方向、換言すれば底部耐火材層の外周側に向かわせることができる。これにより、底部耐火材層の内周側における上方向への熱膨張が抑制されるため、底部耐火材層の反りかえりや浮き上がりを抑制することができる。
【００１１】
本発明にかかる炉体構造は、上記構成に加えて、「前記底部耐火材層の外周に沿って、不定形耐火物が充填された不定形耐火物層が形成されている」ものとすることができる。
【００１２】
上述のように、側壁部耐火材層によって上方から押さえ込まれた底部耐火材層が高温下で熱膨張する際、黒鉛シートの高い滑り性により、底部耐火材層は外周側に向かって伸びる。上記構成の本発明では、底部耐火材層の外周に沿って不定形耐火物層が設けられているため、外周側に向かって伸びる底部耐火材層の熱膨張は、不定形耐火物層によって吸収される。従って、黒鉛シートの滑り性によって熱膨張を横方向に促す作用に加えて、熱膨張による横方向の伸びが不定形耐火物層によって吸収されるため、底部耐火材層の歪みや損傷をより効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の効果として、熱膨張が制限されることに起因する耐火材の歪みや損傷が発生しにくい炉体構造を、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の炉体構造を備える炉の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態の炉体構造、及び、該炉体構造を備える炉１について、図１を用いて説明する。なお、本実施形態では、焼却灰、廃棄物、有価金属含有回収物等の溶解処理を行う溶融炉に、本発明の炉体構造を適用した場合を例示する。
【００１６】
本実施形態の炉体構造は、複数の耐火材層が積層された炉体構造であって、有底筒状の鉄皮９の内底に底部耐火材層１０が形成されていると共に、底部耐火材層１０の上に、鉄皮９の内周面に沿って側壁部耐火材層２０が積層されており、底部耐火材層１０の上面と側壁部耐火材層２０の底面との間には、接着されることなく黒鉛シート３１が挿入されているものである。
【００１７】
より詳細に説明すると、本実施形態では、底部耐火材層１０及び側壁部耐火材層２０は、耐火材として耐火煉瓦を用いて形成されている。底部耐火材層１０は、有底円筒形の鉄皮９の内底に複数層形成されており、その上に、複数層の側壁部耐火材層２０が積層されている。ここで、側壁部耐火材層２０は、鉄皮９の内周面に当接させて設けられた側壁部裏張り層２１と、側壁部裏張り層２１の内側に設けられた側壁部内張り層２２を備えている。また、側壁部裏張り層２１の下段側は、底部耐火材層１０の最上面より低い位置まで延設されている。
【００１８】
更に、側壁部耐火材層２０は、溶融金属を排出する排出口２５が形成されたメタル排出用耐火材層２６と、スラグを排出する排出口２７が形成されたスラグ排出用耐火材層２８を備えている。具体的には、メタル排出用耐火材層２６は、最上段の底部耐火材層１０の上、すなわち、その部分では側壁部耐火材層２０の最下段として設けられている。そして、メタル排出用耐火材層２６を貫通する排出口２５は、一端が鉄皮９の外部に開口すると共に他端が炉内に開口している。一方、スラグ排出用耐火材層２８は、メタル排出用耐火材層２６より高い位置に設けられており、スラグ排出用耐火材層２８を貫通する排出口２７は、一端が鉄皮９の外部に開口すると共に他端が炉内に開口している。ここで、メタル排出用耐火材層２６及びスラグ排出用耐火材層２８は、共に側壁部耐火材層２０の構成であるが、本実施形態では、メタル排出用耐火材層２６及びスラグ排出用耐火材層２８において側壁部裏張り層２１と側壁部内張り層２２の区別はない。
【００１９】
なお、底部耐火材層１０及び側壁部耐火材層２０を構成する耐火材料、特に、最上段の底部耐火材層１０や側壁部内張り層２２を構成する耐火材料に対しては、溶融金属、溶融灰、溶融スラグに対する高い耐食性が要請される。そのため、最上段の底部耐火材層１０としては、還元雰囲気で使用される炉の場合、カーボン質耐火材やマグネシア−カーボン質耐火材が好適であり、酸化雰囲気で使用される炉の場合、アルミナ−クロム質耐火材やマグネシア−クロム質耐火材が好適である。また、側壁部内張り２２としては、還元雰囲気で使用される炉の場合、カーボン質耐火材や炭化珪素質耐火材が好適であり、酸化雰囲気で使用される炉の場合、アルミナ−クロム質耐火材やマグネシア−クロム質耐火材が好適である。
【００２０】
最上段の底部耐火材層１０の上面と、最下段の側壁部内張り層２２の底面との間には、接着されることなく黒鉛シート３１が挿入されている。なお、上述のように、側壁部耐火材層２０はメタル排出用耐火材層２６を備えており、その部分でメタル排出用耐火材層２６は最下段の側壁部耐火材層２０を構成している。そのため、この部分では、最上段の底部耐火材層１０の上面と、メタル排出用耐火材層２６の底面との間に、黒鉛シート３１が挿入されている。
【００２１】
そして、黒鉛シート３１が挿入されていない他の部分においては、隣接する耐火材は耐火モルタル（図示を省略）によって接合されている。なお、黒鉛シート３１は、厚さが０．０５ｍｍ〜３．０ｍｍのものを使用することができるが、上段側の耐火材層（側壁部内張り層２２）の重量を支持すると共に、底部耐火材層１０を滑らせて熱膨張させる上記の作用のためには、厚さ０．５ｍｍ〜２．０ｍｍが好適であり、厚さ０．３ｍｍ〜１．０ｍｍが更に好適である。また、複数枚の黒鉛シート３１を重ねて所定厚さとしてもよく、例えば、厚さ０．５ｍｍの黒鉛シートを二枚重ね、全体として１ｍｍの厚さとしてもよい。
【００２２】
本実施形態の炉体構造では、上記構成に加えて、最上段の底部耐火材層１０の外周に沿って、不定形耐火物が充填された不定形耐火物層３５が形成されている。より具体的には、不定形耐火物層３５は、最上段の底部耐火材層１０の外周面と側壁部裏張り層２１の内周面との間に形成されている。ここで、不定形耐火物層３５は、例えば、カーボン質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−シリカ質、ハイアルミナ質等の不定形耐火物を使用して形成することができる。
【００２３】
更に、本実施形態の炉１は炉蓋４０を備えており、炉蓋４０は炉蓋鉄皮４９の内側に蓋部耐火材層４１が内張りされた構成である。
【００２４】
上記構成の炉体構造を有する炉１を用いて、焼却灰、廃棄物、有価金属含有回収物等の溶解処理を行う際は、処理対象物を炉内に投入した上で、バーナ、電極、プラズマ等で加熱する。そうすると、炉内は１４００℃〜１７００℃の非常な高温となるため、耐火材層は熱膨張する。特に、溶融した処理対象物と接触している最上段の底部耐火材層１０、及び、側壁部内張り層２２の下段側は温度が高く、大きく熱膨張する。
【００２５】
ここで、最上段の底部耐火材層１０において外周側は、側壁部内張り層２２及び炉蓋４０の重量を受けており、上方から押さえ込まれた状態にある。そのため、最上段の底部耐火材層１０と最下段の側壁部内張り層２２とが耐火モルタルで接合されている場合は、底部耐火材層１０は外周側で熱膨張することができない。そのため、底部耐火材層１０は内周側で炉の中心に向かって熱膨張すると共に、上方に向かって熱膨張する。その結果、最上段の底部耐火材層１０は、上方に向かって反りかえったり、浮き上がったりするおそれがある。
【００２６】
これに対し、本実施形態では、最上段の底部耐火材層１０と最下段の側壁部内張り層２２とは接着されておらず、両者の間には滑り性の高い黒鉛シート３１が挿入されているため、最上段の底部耐火材層１０は外周側に向かって伸び易い。そして、外周側に向かった熱膨張は、最上段の底部耐火材層１０の外周に沿って設けられている不定形耐火物層３５によって吸収される。
【００２７】
以上のように、本実施形態の炉体構造では、底部耐火材層１０の熱膨張を外周側に向かわせる黒鉛シート３１の作用により、底部耐火材層１０の熱膨張が制限されることを抑制し、底部耐火材層１０の歪みや損傷を効果的に抑制することができる。
【００２８】
また、黒鉛シート３１は、高い滑り性を有することに加えて耐熱性に優れるため、高温下で使用される炉体構造の構成として適している。また、黒鉛シート３１は、柔軟で弾性に富むためシール性に優れると共に、溶融金属、溶融スラグに濡れにくい性質を有する。これにより、耐火材層間が非接着であっても、黒鉛シート３１の存在により、溶融金属や溶融スラグが耐火材層間に浸入しにくいという利点を有している。
【００２９】
更に、本実施形態の炉体構造では、上記の黒鉛シート３１の作用と、外周側に伸びる底部耐火材層１０の熱膨張を不定形耐火物層３５が吸収する作用との相乗効果により、底部耐火材層１０の歪みや損傷をより効果的に抑制することができる。
【００３０】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００３１】
例えば、上記では、底部耐火材層１０及び側壁部耐火材層２０が耐火煉瓦で形成されている場合を例示したが、これに限定されず、耐火煉瓦とプレキャストブロックとを併用してもよい。
【００３２】
また、本発明の炉体構造は、底部耐火材層に電極を挿通させる形態の炉など、上記以外の構成を付加的に備える炉に対しても、適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  炉
９  鉄皮
１０  底部耐火材層
２０  側壁部耐火材層
２１  側壁部裏張り層（側壁部耐火材層）
２２  側壁部内張り層（側壁部耐火材層）
２６  メタル排出用耐火材層（側壁部耐火材層）
２８  スラグ排出用耐火材層（側壁部耐火材層）
３１  黒鉛シート
３５  不定形耐火物層
【図１】
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