(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱風炉の蓄熱室に積み重ねられる外形が六角柱状の煉瓦単体で構成される熱風炉用ギッター煉瓦であって、
前記煉瓦単体に軸方向に設けられた貫通孔の内壁面に、熱風の流れ方向に沿って延長し、円周方向に連続する第１の凸条及び第１の凹条を交互に形成し、各第１の凸条及び第１の凹条が成す１辺に複数の第２の凸条を形成し、
前記第１の凸条及び前記第１の凹条は頂角が６０度以下の正三角形又は二等辺三角形の形状を有し、前記第１の凸条及び前記第１の凹条が成す１辺に複数の第２の凸条を形成し、伝熱面積を単純円筒内壁面に比較して２．１倍以上に増加させたことを特徴とする熱風炉用ギッター煉瓦。
【請求項２】
熱風炉の蓄熱室に積み重ねられる外形が六角柱状の煉瓦単体で構成される熱風炉用ギッター煉瓦であって、
前記煉瓦単体に軸方向に設けられた貫通孔の内壁面に、熱風の流れ方向に沿って延長し、円周方向に連続する第１の凸条及び第１の凹条を交互に形成し、各第１の凸条及び第１の凹条が成す１辺に複数の第２の凸条を形成し、
前記第１の凸条及び前記第１の凹条は頂角が６０度を超える二等辺三角形の形状を有し、前記第１の凸条及び前記第１の凹条が成す１辺に複数の前記第２の凸条を形成し、前記第２の凸条は頂角が６０度以下の正三角形又は二等辺三角形の形状を有し、伝熱面積を単純円筒内壁面に比較して２．１倍以上に増加させたことを特徴とする熱風炉用ギッター煉瓦。
【請求項３】
前記第１の凸条及び第１の凹条は前記貫通孔の内壁面に１０以上形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱風炉用ギッター煉瓦。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉に付設した熱風炉の蓄熱室に積み重ねられる外形が六角柱状の煉瓦単体で構成される熱風炉用ギッター煉瓦に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高炉操業は、燃料費の低減を図るため、高温度の高炉送風が求められている。
高炉送風は、一般的に高炉に付設した３〜５基の熱風炉を１〜２基ずつ交互に稼働し、燃焼室で生成した高温の燃焼ガスを蓄熱室に組み込んだギッター煉瓦に形成した貫通孔に流通させ、燃焼ガスの顕熱をギッター煉瓦に蓄熱し、ついで高炉へ送風する空気をギッター煉瓦の貫通孔に流通させ、熱風となして高炉へ供給するものである。
【０００３】
上記のギッター煉瓦は、一般には図１０に示すものが多く用いられており、その構造は、六角柱の単体煉瓦１０１の軸芯方向に多数の孔１０２を貫通させ、この単体煉瓦１０１の側面同士を接触させて所謂「蜂の巣状」に配置するようにしている。このようなギッター煉瓦を、前記蓄熱室内に、貫通孔が垂直方向に互いに連通するようにして合計２５〜４０ｍの高さに積み重ねて充填される。
【０００４】
そして、熱風炉における送風温度は、ギッター煉瓦の構造、すなわち熱交換率により大きく左右される。そこで、従来から熱風炉における熱交換率の蓋然方法について種々の検討がなされている。
上記ギッター煉瓦の貫通孔は、概ね内面が円筒型である。このため、高温の燃焼ガスと接触する各ガス孔の伝熱面積が小さく熱交換（蓄熱）の効率が高くなく、新設時では、ギッター煉瓦容積を大きくする必要があった。
【０００５】
その改善策として従来例から特許文献１〜３に記載された技術が提案されている。
特許文献１に記載された熱風炉用ギッターレンガは、貫通孔の内周面に螺旋状の凹突部を形成して伝熱面積を増加させるようにしている。
また、特許文献２に記載された熱風炉用ギッターレンガは、貫通孔の内壁面における上端側に段状突起を形成して熱伝達係数の増加を図っている。
【０００６】
さらに、特許文献３に記載された熱風炉用ギッター煉瓦は、貫通孔を傾斜させることにより、伝熱面積を増加させている。
また、特許文献４に記載の熱風炉用ギッター煉瓦は、貫通孔の内面形状を６個ずつの凹凸を有する概略花弁形に形成し、伝熱面積を増加させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５２−４１３０６号公報
【特許文献２】特公昭５７−３４３２２号公報
【特許文献３】特開昭６２−８３４１３号公報
【特許文献４】特許第４０１５０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された従来例では、貫通孔において、燃焼ガスまたは空気の流れにおいて、乱流を促進することにより、蓄熱効率の向上を図ることができるものであるが、貫通孔形状が複雑なため、圧力損失が大きく、またレンガ成型時に型枠から外し難く制作費が嵩むなどの未解決の課題がある。
また、上記特許文献３に記載された従来例では、貫通孔を傾斜させることにより、伝熱面積を増加させているが、従来のギッター煉瓦と同一外形かつ平面形状が同一サイズの貫通孔を形成するものは、耐火物の残厚が略２０ｍｍ以下の薄い個所が生じ、煉瓦の製作・据付け・使用時に強度不足となり破損等が頻繁に発生し、実用的な技術ではないという未解決の課題がある。
【０００９】
さらに、上記特許文献４に記載された従来例では、貫通孔の形状を６個ずつの凹凸を有する概略花弁状に形成し、伝熱面積を増加させるようにしている。しかしながら、その伝熱面積増加比率は、円形の最大２．０６倍と記載されているが、耐久性の面でギッター煉瓦に括れ部を作らないための実用状の形状として、円形に対して最大１．５倍程度であり、著しい伝熱面積の増加は見込めないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ギッター煉瓦での圧力損失を抑制しながらギッター煉瓦の伝熱面積を飛躍的に増加させるようにした熱風炉用ギッター煉瓦を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱風炉用ギッター煉瓦の第１の態様は、熱風炉の蓄熱室に積み重ねられる外形が六角柱状の煉瓦単体で構成される熱風炉用ギッター煉瓦であって、前記煉瓦単体に軸方向に設けられた貫通孔の内壁面に、熱風の流れ方向に沿って延長し、円周方向に連続する第１の凸条及び第１の凹条を交互に形成し、各第１の凸条及び第１の凹条が成す１辺に複数の第２の凸条を形成し、前記第１の凸条及び前記第１の凹条は頂角が６０度以下の正三角形又は二等辺三角形の形状を有し、前記第１の凸条及び前記第１の凹条が成す１辺に複数の第２の凸条を形成し、伝熱面積を単純円筒内壁面に比較して２．１倍以上に増加させている。
【００１１】
また、本発明に係る熱風炉用ギッター煉瓦の第２の態様は、熱風炉の蓄熱室に積み重ねられる外形が六角柱状の煉瓦単体で構成される熱風炉用ギッター煉瓦であって、前記煉瓦単体に軸方向に設けられた貫通孔の内壁面に、熱風の流れ方向に沿って延長し、円周方向に連続する第１の凸条及び第１の凹条を交互に形成し、各第１の凸条及び第１の凹条が成す１辺に複数の第２の凸条を形成し、前記第１の凸条及び前記第１の凹条は頂角が６０度を超える二等辺三角形の形状を有し、前記第１の凸条及び前記第１の凹条が成す１辺に複数の前記第２の凸条を形成し、前記第２の凸条は頂角が６０度以下の正三角形又は二等辺三角形の形状を有し、伝熱面積を単純円筒内壁面に比較して２．１倍以上に増加させている。
【００１２】
また、本発明に係る熱風炉用ギッター煉瓦の第３の態様は、前記第１の凸条及び第１の凹条は前記貫通孔の内壁面に１０以上形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱風炉の蓄熱室内に積み重ねられる熱風炉用ギッター煉瓦の製作が容易で使用時に強度上の問題もないと共に、圧力損失の増加を抑制し、さらに伝熱面積増加による熱風炉の排熱効率の向上も同時に達成することが可能となる。また、熱風炉の新設時には、ギッター煉瓦の容積を従来よりも減じることができ、建設費の安価化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る熱風炉用ギッター煉瓦の第１の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の貫通孔を拡大して示す平面図である。
【図３】図２の貫通孔の第２の凹部をさらに拡大して示す平面図である。
【図４】熱風炉用ギッター煉瓦を３個組み合わせた状態の平面図である。
【図５】第２の凹部の変形例を示す拡大平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図７】図６の貫通孔を拡大して示す平面図である。
【図８】図７の貫通孔の第２の凹部をさらに拡大して示す平面図である。
【図９】第２の凹部の変形例を示す拡大平面図である。
【図１０】従来の熱風炉用ギッター煉瓦を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面を伴って説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す熱風炉用ギッター煉瓦を示す概略構成図であり、図２にその貫通孔を拡大して示す平面図、図３は貫通孔の第２の凹部をさらに拡大して示す平面図、図４は熱風炉用ギッター煉瓦を３個組み合わせた平面図である。
【００１６】
図中、１は高炉に付設する熱風炉内に積み重ねて配置する熱風炉用ギッター煉瓦である。この熱風炉用ギッター煉瓦１は、図１に示すように、外形が六角柱形状に形成された単体煉瓦２で構成されている。この単体煉瓦２は、内部に軸芯位置に軸方向すなわち熱風の流れ方向に沿って延長する貫通孔３ａと、この貫通孔３ａの中心から六角形の頂点に向かう放射線上に形成された軸方向すなわち熱風の流れ方向に沿って延長する６個の貫通孔３ｂ〜３ｇとで計７個の貫通孔が形成されているとともに、各頂部位置に１／３周分の軸方向に延長する貫通孔形成部４ａ〜４ｆと各頂部を結ぶ辺の中央位置に半周分の軸方向に延長する貫通孔形成部５ａ〜５ｆが形成されている。
【００１７】
各貫通孔３ａ〜３ｇ、貫通孔形成部４ａ〜４ｆ及び５ａ〜５ｆの内周壁には、図２に拡大図示するように、一点鎖線図示の円形貫通孔６に対して、半径方向内方に突出し、且つ軸方向に延長する１６個の第１の凸条７が形成されているとともに、各第１の凸条７間に円形貫通孔６から半径方向内方に凹み、且つ軸方向に延長する１６個の第１の凹条８が形成されている。すなわち、貫通孔３ａ〜３ｇ及び貫通孔形成部４ａ〜４ｆ及び５ａ〜５ｆの内周壁に第１の凸条７と第１の凹条８とが円周方向に交互に形成されている。
【００１８】
これら第１の凸条７及び第１の凹条８は、図２に拡大図示するように平面から見て頂角が例えば６０度となる正三角形状に形成されている。同様に凹条８も平面から見て頂角が例えば６０度となる正三角形に形成されている。これら第１の凸条７及び第１の凹条８の形状は、正三角形に限らず、頂角が６０度未満の二等辺三角形で形成するようにしてもよい。
【００１９】
そして、第１の凸条７及び第１の凹条８が成す１辺に、図３に拡大図示するように、複数の第２の凸条１１ａ及び１１ｂが形成されている。この第２の凸条１１ａは、第１の凸条７の両側面に平面から見て頂角が１２０度となる二等辺三角形状に形成され、第２の凸条１１ｂは、第１の凹条８の両内面に第２の凸条１１ａと連接して形成された平面から見て頂部が１２０度となる二等辺三角形状に形成されている。これら第２の凸条１１ａ及び１１ｂは同一形状であっても相似形状であってもよい。また、第２の凸条１１ａ及び１１ｂの個数は２個に限定されるものではなく、３以上の任意数形成するようにしてもよい。
【００２０】
上記構成を有する例えば３個の熱風炉用ギッター煉瓦１Ａ〜１Ｃを、図４に示すように、側面同士を接触させてハニカム構造とすることにより、３個の熱風炉用ギッター煉瓦１Ａ〜１Ｃが接合する位置で熱風炉用ギッター煉瓦１Ａの頂部に形成された１／３周分の貫通孔形成部４ｄと、熱風炉用ギッター煉瓦１Ｂの頂部に形成された１／３周分の貫通孔形成部４ｆと、熱風炉用ギッター煉瓦１Ｃの頂部に形成された１／３周分の貫通孔形成部４ｂとが互いに連接して第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条１１ａ，１１ｂとを有する１つの貫通孔が形成される。
【００２１】
また、熱風炉用ギッター煉瓦１Ａの辺に形成された１／２周分の貫通孔形成部５ｃと、熱風炉用ギッター煉瓦１Ｂの辺に形成された１／２周分の貫通孔形成部５ｆとが連接して第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条１１ａ，１１ｂとを有する１つの貫通孔が形成される。
同様に、熱風炉用ギッター煉瓦１Ｂの辺に形成された１／２周分の貫通孔形成部５ｅと、熱風炉用ギッター煉瓦１Ｃの辺に形成された１／２周分の貫通孔形成部５ｂとが連接して第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条１１ａ，１１ｂとを有する１つの貫通孔が形成される。
【００２２】
さらに、熱風炉用ギッター煉瓦１Ｃの辺に形成された１／２周分の貫通孔形成部５ａと、熱風炉用ギッター煉瓦１Ａの辺に形成された１／２周分の貫通孔形成部５ｄとが連接して第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条１１ａ，１１ｂとを有する１つの貫通孔が形成される。
【００２３】
このように、上記第１の実施形態によると、貫通孔３ａ〜３ｇ、貫通孔形成部４ａ〜４ｆ及び５ａ〜５ｆの内周面に、第１の凸条７及び第１の凹条８を形成し、さらに第１の凸条７及び第１の凹条８の成す１辺に複数の第２の凸条１１ａ及び１１ｂを形成することにより、貫通孔３ａ〜３ｇと、貫通孔形成部４ａ〜４ｆ及び５ａ〜５ｆを集めて形成される貫通孔との伝熱面積を図３で一点鎖線図示の円筒形状の伝熱面積と比較して約２．３倍に増加させることができる。この場合の貫通孔の形状によって決まる無次元の形状係数ｋは、一つの貫通孔における周長Ｌと一つの貫通孔における断面積（ガス通過横断面積）Ａとに基づいて下記（１）式で表される。
ｋ＝Ｌ／√Ａ      …………（１）
このとき、第１の実施形態では、孔直径が４５ｍｍφの場合Ｌは３２６．３ｍｍ、Ａは１５９０ｍｍ２であるので、形状係数ｋは８．１８となる。
【００２４】
ここで、貫通孔の形状を前述した特許文献４に記載されている花弁形状とした場合には、形状係数ｋが７．３を超えると、耐火材である材質で花弁形状を製作する場合に、耐火材の充填が不均一となるため、好ましくないものであるが、上記第１の実施形態のように、第１の凸条７と第１の凹条８と、第１の凸条７及び第１の凹条８の成す１辺に複数の第２の凸条１１ａ，１１ｂを形成する場合には、図３で拡大図示するように、全体として凸条と凹条との組合せであり、花弁形状のように複雑な円弧形状とならないので、形状係数ｋが７．４以上となっても耐火材の充填を不均一となることなく容易に行うことができる。
【００２５】
しかも、本実施形態では、第１の凸条７及び第１の凹条８が成す１辺に第２の凸条１１ａ及び１１ｂを形成するので、前述した特許文献４に記載されている花弁形状のように括れ部が生じることがなく使用時の強度を十分に確保することができる。さらに、第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条１１ａ，１１ｂが熱風炉用ギッター煉瓦１の軸方向に延長しているので圧力損失の増加を抑制することができる。
【００２６】
したがって、第１の実施形態によると、熱風炉の蓄熱室内に積み重ねられる熱風炉用ギッター煉瓦の製作が容易で使用時に強度上の問題もないと共に、圧力損失を殆ど増加させることがなく、かつ伝熱面積増加による熱風炉の排熱効率の向上も同時に達成することが可能となる。また、伝熱面積を増加させることができるので、熱風炉の新設時には、ギッター煉瓦の容積を従来よりも減じることができ、建設費の安価化が可能となる。
【００２７】
なお、上記第１の実施形態においては、第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条１１ａ，１１ｂとを三角形状に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条１１ａ，１１ｂとの三角形状の角部にＲ面取り部１２を形成して全体として丸みを持たせるようにしてもよい。この場合には、尖った角部を形成することがないので、熱風炉用ギッター煉瓦１を製作する場合に、耐火物の充填を不均一となることなくより容易に行うことができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について図６〜図８を伴って説明する。
この第２の実施形態では、第１の凸条及び第１の凹条の頂角を前述した第１の実施形態より大きくして第２の突条を多数形成可能としたものである。
すなわち、第２の実施形態では、熱風炉用ギッター煉瓦１の外形及び貫通孔３ａ〜３ｇ、貫通孔形成部４ａ〜４ｆ及び５ａ〜５ｆの個数及び配置位置については図１と同様である。
【００２９】
しかしながら、貫通孔３ａ〜３ｇ、貫通孔形成部４ａ〜４ｆ及び５ａ〜５ｆの内周壁に形成する第１の凸条７及び第１の凹条８の形状が、共に頂角を１２０度とする二等辺三角形状に形成されている。これら第１の凸条７及び第１の凹条８の数は１つの貫通孔で共に１２個に設定されている。ここで、第１の凸条７の二等辺の辺の長さが第１の凹条８の二等辺の辺の長さより短く設定されている。
【００３０】
そして、第１の凸条７と第１の凹条８との成す辺に、図８に示すように、第２の凸条２１が形成されている。この第２の凸条２１は、頂角が６０°の平面から見て正三角形状に形成され、第１の凸条７に例えば４個、第１の凹条８に例えば３個の計７個が連接されて形成されている。ここで、第１の凹条８の頂部には第２の凸条２１が形成されない凸条非形成部２２が形成されて、第１の凹条８の二等辺に形成された第２の凸条２１同士が互いに干渉しない構成とされている。
【００３１】
この第２の実施形態によると、第１の凸条７及び第１の凹条８の個数が共に１２個と前述した第１の実施形態の１６個に比較して少ないが、第１の凸条７及び第１の凹条８の成す１辺に形成される第２の凸条２１の個数が７個と第１の実施形態の２個に比較して多く設定されている。このため、１つの貫通孔における円形貫通孔に対する伝熱面積倍率は前述した第１の実施形態と同様に約２．３倍に増加することができる。
【００３２】
このとき、第２の実施形態では、孔直径が４５ｍｍφの場合、周長Ｌは３２６．３ｍｍ、断面積Ａは１５９０ｍｍ２であるので、形状係数ｋは８．１８となる。
したがって、第１の凸条７と第１の凹条８と、第１の凸条７及び第１の凹条８の成す１辺に複数７個の第２の凸条２１を形成する場合には、図８で拡大図示するように、全体として凸条と凹条との組合せであり、花弁形状のように複雑な円弧形状とならないので、形状係数ｋが７．４以上となっても耐火材の充填を不均一となることなく容易に行うことができる。
【００３３】
しかも、本実施形態では、第１の凸条７及び第１の凹条８が成す１辺に第２の凸条２１を形成するので、前述した特許文献４に記載されている花弁形状のように括れ部が生じることがなく使用時の強度を十分に確保することができる。さらに、第１の凸条７及び第１の凹条８と第２の凸条２１が熱風炉用ギッター煉瓦１の軸方向に延長しているので圧力損失の増加を抑制することができる。
【００３４】
したがって、第２の実施形態によると、熱風炉の蓄熱室内に積み重ねられる熱風炉用ギッター煉瓦の製作が容易で使用時に強度上の問題もないと共に、圧力損失の増加も抑制することができ、さらに伝熱面積増加による熱風炉の排熱効率の向上も同時に達成することが可能となる。また、伝熱面積を増加させることができるので、熱風炉の新設時には、ギッター煉瓦の容積を従来よりも減じることができ、建設費の安価化が可能となる。
なお、上記第２の実施形態においては、第１の凸条７及び第１の凹条８が頂角を１２０度とする二等辺三角形で構成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、頂角を、６０度を超える略二等辺三角形で形成すればよい。
【００３５】
同様に、第２の凸条２１についても、正三角形に限定されるものではなく、頂角を６０度未満の二等辺三角形とすることができる。
また、上記第２の実施形態においては、第２の凸条２１が角部を有する正三角形又は二等辺三角形で形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、第２の凸条２１の頂部及び連接部にＲ面取りを施すようにしてもよい。この場合には、尖った角部を形成することがないので、熱風炉用ギッター煉瓦１を製作する場合に、耐火物の充填を不均一となることなくより容易に行うことができる。
【００３６】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、貫通孔が上下方向の各断面積が等しい略円筒面である場合について説明したが、貫通孔を僅かなテーパーを有する円錐内面として熱風炉用ギッター煉瓦１の製作に使用する型枠から抜取り易くしてもよい。
さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、円筒面の断面積に対する断面積倍率を２．３に設定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面積倍率を２．１以上に設定して形状係数ｋを７．４以上に設定するようにしてもよい。このためには、第１の凸条７及び第１の凹条８の個数を１０以上に設定し、第２の凸条１１ａ，１１ｂ及び２１の個数を２以上に設定するようにすればよい。
【符号の説明】
【００３７】
１，１Ａ〜１Ｃ…熱風炉用ギッター煉瓦、２…単体煉瓦、３ａ〜３ｇ…貫通孔、４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ…貫通孔形成部、６…円形貫通孔、７…第１の凸条、８…第１の凹条、１１ａ，１１ｂ……第２の凸条、１２…面取り部、２１…第２の凸条
【図１】
0005949683.tif 000002
【図２】
0005949683.tif 000003
【図３】
0005949683.tif 000004
【図４】
0005949683.tif 000005
【図５】
0005949683.tif 000006
【図６】
0005949683.tif 000007
【図７】
0005949683.tif 000008
【図８】
0005949683.tif 000009
【図９】
0005949683.tif 000010
【図１０】
0005949683.tif 000011