(57)【要約】  高炉用熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品であって、該組立品が、該格子耐火煉瓦を支持するための支持格子、および該支持格子を支持するための支柱を備えてなり、該組立品が鋳鉄材料を含み、該鋳鉄材料がフェライト系マトリックスおよびグラファイト粒子の分散物を含んでなり、該グラファイト粒子の形状が実質的に芋虫状または団塊状である、支持組立品。
2008528808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉用熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品であって、前記組立品が、前記格子耐火煉瓦を支持するための支持格子と、前記支持格子を支持するための支柱とを備えてなり、前記組立品が鋳鉄材料を含み、前記鋳鉄材料がフェライト系マトリックスおよびグラファイト粒子の分散物を含んでなり、前記グラファイト粒子の形状が実質的に芋虫状または団塊状である、支持組立品。
【請求項２】
前記グラファイト粒子の長さと幅の比が、実質的に２０未満、好ましくは１０未満、より好ましくは８未満である、請求項１に記載の支持組立品。
【請求項３】
前記鋳鉄材料が、重量％で、
炭素２．０〜３．８％、
ケイ素１．８〜５．０％、
マンガン０．１〜１．０％、
リン０．１％以下、
硫黄０．１％以下、
所望によりモリブデン１．２５％以下、
不可避不純物および残部鉄
からなる、請求項１または２に記載の支持組立品。
【請求項４】
前記鋳鉄材料が、フェライト系マトリックスおよびグラファイト分散物を含んでなり、前記グラファイトの形状が実質的に団塊状であり、前記グラファイト粒子の長さと幅の比が実質的に５未満、好ましくは２未満、より好ましくは約１であり、前記鋳鉄材料が、重量％で、
炭素２．０〜３．８％、
ケイ素１．８〜５．０％、
マンガン０．１〜１．０％、
リン０．１％以下、
硫黄０．１％以下、
所望によりモリブデン１．２５％以下、
不可避不純物および残部鉄
からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の支持組立品。
【請求項５】
前記鋳鉄材料が、モリブデン０．１〜１．２５％、好ましくは０．１〜１．０％、より好ましくは０．３〜０．９％を含んでなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の支持組立品。
【請求項６】
前記鋳鉄材料が、ケイ素３．８〜５．０、好ましくは４．０〜４．８％、より好ましくは４．３〜４．８％を含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の支持組立品。
【請求項７】
前記鋳鉄材料が、炭素２．３〜３．８、好ましくは２．３〜３．６％、より好ましくは２．４〜３．３％を含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の支持組立品。
【請求項８】
前記鋳鉄材料が、マンガン０．５％未満、好ましくは０．３％未満を含んでなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の支持組立品。
【請求項９】
高炉用熱風炉のような蓄熱性発熱装置（１）であって、前記発熱装置が、燃焼室（２）と、前記燃焼室から壁（４）により分離されており、蓄熱格子耐火煉瓦で満たされている蓄熱シャフト（３）と、前記燃焼室（２）の底部に配置されているバーナ（５）と、燃焼空気を供給するための接続口（６）および可燃性ガスを供給するための接続口（７）と、煙道ガスを排出するための排出口（９）と、熱風に変換されるべき冷風を供給するための冷風入口（１０）および前記熱風を排出するための排出口（１１）とを備えてなり、前記蓄熱シャフト（３）中の前記格子耐火煉瓦が、支持格子（１２）および支柱（１３）を備えた支持組立品によって支持され、前記支持組立品が請求項１〜８のいずれか一項に記載されるものである、発熱装置。
【請求項１０】
前記蓄熱シャフト（３）中の前記格子耐火煉瓦を支持するための、請求項１〜８のいずれか一項に記載の支持組立品（１２、１３）を備えた熱風炉（１）を使用して高炉用の熱風を生成する方法。
【請求項１１】
前記蓄熱シャフト（３）中の前記格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品（１２、１３）を備えており、前記支持組立品の位置で５００℃以上の煙道ガス温度を許容する熱風炉（１）を使用して高炉用の熱風を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用熱風炉中で蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品に関する。本発明は、該支持組立品を備えた熱風炉および該熱風炉を使用して高温空気を生成する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉中で鉄を製造するには、大量の、熱風とも呼ばれる高温空気が必要である。低温空気を、熱風炉と呼ばれる大型の蓄熱室で予備加熱し、熱風として高炉の下側分に注入する。各高炉は、典型的には３基の熱風炉を備えているが、別の配置も可能である。
【０００３】
各熱風炉は大型の蓄熱性熱交換機であり、典型的な例は、円筒形で頭部がドームになっており、バーナ部および通常は耐火性格子耐火煉瓦からなる蓄熱性の熱交換部を含んでなる。シェルは溶接された鋼製円筒であり、典型的には直径が６〜１０メートル、高さが３０〜５０メートルである。このシェルは、作動風圧に耐えられるように設計されている。シェルは、熱損失を最少に抑え、高い熱的応力により引き起こされるシェルの構造的損傷を防止するために絶縁されている。
【０００４】
そのような熱風炉は、実質的に２つの工程、すなわち「オン・ガス(on gas)」および「オン・エア(on air)」からなる。「オン・ガス」では、可燃性ガスおよび燃焼空気を混合し、炉のバーナ部で燃焼させ、高温の煙道ガスを格子耐火煉瓦を通して上から下に導くことにより、その高温煙道ガスを利用して格子耐火煉瓦を加熱する。格子耐火煉瓦の最上部の温度、すなわちドーム温度は、約１４００℃である。高温煙道ガスの温度は、格子耐火煉瓦の底部に向かう程、低くなる。格子耐火煉瓦の底部は支持組立品上に載っており、その支持組立品は、通常、支持格子を含んでなり、その支持格子は、実質的にガーダにより補強されたねずみ鋳鉄製格子からなり、ねずみ鋳鉄カラムにより支持されている。従って、格子耐火煉瓦の下にはキャビティが形成される。このキャビティは、従来型の炉では、典型的には高さが約２〜４ｍである。支持組立品の位置では、高温煙道ガスの最高温度、つまり最高排気温度は、ねずみ鋳鉄の高温強度により制限され、通常は約４５０℃に制限される。
【０００５】
支持組立品の位置でこの最高排気温度に達すると、熱風炉は「オン・エア」になる、すなわち燃焼、従って、煙道ガスの流れが停止される。格子耐火煉瓦の下にあるキャビティを通して冷風が熱風炉の中に導入され、高温の格子耐火煉瓦を通して上に導かれ、冷風が加熱されて熱風になり、続いてこの熱風が高炉に供給される。ある量の冷風は、炉の周囲にもバイパスされ、熱風の中に導入されてから、ミキサーバルブにより高炉の中に入る。この熱風と冷風のブレンドまたは混合により、高炉の中に導入される前に、一定の熱風温度が確実に維持される。ミキサーバルブは、「オン・エア」の開始時には開放位置にあり、炉を離れる熱風の温度が所望の熱風温度に等しくなるまで漸進的に閉鎖される。熱風の出口温度が約１２５０℃の閾温度未満に低下すると、別の炉に切り換えられる。熱風炉は再度「オン・エア」になる。高炉の正常運転の際、３基の炉が使用され、１基の炉は常に「オン・エア」にあり、他の２基は「オン・ガス」にある。しかし、製鉄工場の配置および熱風炉の型および設計に応じて、炉の数は３より多くても、少なくてもよい。例えば高炉１基あたり２または４基の炉、あるいは２基の高炉で５基の炉を使用することも異常ではない。
【０００６】
可燃性ガスは、天然ガスまたはコークス炉ガスにより強化された高炉ガスを含んでなる。高炉ガスのカロリー値は、格子耐火煉瓦の最上部で必要な約１４００℃の最高温度に達するには不十分である。この可燃性ガスの強化は経費がかかる。
【０００７】
組織化された製鉄所では、熱風炉は、総エネルギー必容量の１０〜１５％を占める。従って、より効率的な熱風炉が常に求められている。熱風炉装置の効率は、現在約４５０℃である最高排気温度を高めることにより、改良できることが知られている。
【０００８】
欧州特許ＥＰ０８９２０７８−Ｂ１号は、薄層状グラファイト構造およびパーライト−レデブライト(ledeburic)系マトリックスを含んでなる、熱風炉用支持格子を開示している。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、高温煙道ガスの最高排気温度を高めることができる、熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品を提供することである。
【００１０】
可燃性ガスの唯一の供給源として高炉ガスを使用できるようにする、熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品を提供することも本発明の目的である。
【００１１】
必要な格子耐火煉瓦の量を少なくし、それによって経費を下げ、より小型の熱風炉を構築することができる、熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品を提供することも本発明の目的である。
【００１２】
これらの目的の一つ以上および他の利点は、高炉用熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品であって、該組立品が、該格子耐火煉瓦を支持するための支持格子と、該支持格子を支持するための支柱とを備えてなり、該組立品が鋳鉄材料を含み、該鋳鉄材料がフェライト系マトリックスおよびグラファイト粒子の分散物を含んでなり、該グラファイト粒子の形状が実質的に芋虫状または団塊状である、支持組立品により達成される。
【００１３】
フェライト系マトリックスおよびグラファイト粒子の分散物を含んでなり、その際、該グラファイト粒子の形状が実質的に芋虫状（バーミキュラー）または団塊状である、バーミキュラー鋳鉄または団塊状鋳鉄と呼ばれる鋳鉄材料の温度抵抗は、ねずみ鋳鉄の温度抵抗より優れており、ねずみ鋳鉄は、鉄マトリックス中の薄層状グラファイト粒子の形状により、薄層状鋳鉄とも呼ばれる。用語「実質的に」は、本発明では、グラファイト粒子の１００％が芋虫状または団塊状の形状を有することを示すために使用する。フェライト系マトリックスは、フェライト−パーライト系マトリックスとは異なることも意味する。本発明の状況下では、フェライト系マトリックスは、実質的にパーライトを含まないと理解すべきである。用語「実質的に」は、本発明では、フェライト系マトリックスが、フェライト構造のみからなり、従って、パーライトを含まないことを意味するために使用する。従って、本発明の目的は、高炉用熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品であって、該組立品が、該格子耐火煉瓦を支持するための支持格子、および該支持格子を支持するための支柱を含んでなり、該組立品が鋳鉄材料を含んでなり、該鋳鉄材料が、フェライト系マトリックスおよびグラファイト粒子の分散物だけを含んでなり、該グラファイト粒子の形状が芋虫状または団塊状である、支持組立品によっても達成される。
【００１４】
このバーミキュラーまたは団塊状鋳鉄は、その強度を、または少なくともその室温強度のかなりの部分を少なくとも６００℃の温度まで維持する。熱風炉における蓄熱格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品を実質的に、さらには全体的に、バーミキュラーまたは団塊状鋳鉄で構築することにより、支持組立品の位置における高温煙道ガスの排気温度を実質的に（すなわち大幅に）４５０℃より高くすることができる。バーミキュラーまたは団塊状鋳鉄は、その強度をこのような高温で維持するので、格子耐火煉瓦は安定して支持される。所望により、支持組立品のある部分をバーミキュラー鋳鉄から製造し、他の部分を団塊状鋳鉄から製造することもできる。鋳鉄材料のマトリックスがフェライト系であり、鋳鉄の強度がパーライトまたはベーナイト相により与えられるのではないことが重要である。フェライト系マトリックスは、マトリックスがオーステナイトに変態し始めるＡｃ１温度まで安定している。それらの強度をパーライト系、フェライト−ベーナイト系またはベーナイト系マトリックスから得ている公知の種類の鋳鉄材料は、Ａｃ１以下の温度で相変態を受け、非平衡ベーナイト相が焼戻しされるか、または著しく低い高温強度を有する相に変態するか、もしくは平衡パーライト相がオーステナイトに変態する。これらの相変態または焼戻し反応により、それらの強度をパーライト系、フェライト−ベーナイト系またはベーナイト系マトリックスから得ている種類の鋳鉄材料は、高温煙道ガスの実質的に（すなわち著しく）高い排気温度で使用する支持組立品の用途には不適当になる。支持格子は、通常、ガーダにより強化されていることに注意すべきである。本発明の目的には、これらのガーダは、支持格子の一部であると考えられる。さらに、薄層状グラファイトの存在により、鋳鉄は、その耐用寿命の間に多くの温度変化の結果、特に負荷の曲げモードまたは負荷の引張モードにおいて問題となり得る疲労に対して、および薄層状グラファイトは亀裂開始剤として作用することが知られているので、亀裂に対しても、より敏感になる。
【００１５】
高温煙道ガスの排気温度が高いことの利点は、燃焼空気および／または可燃性ガスの予備加熱に使用できる煙道ガス中の残留熱またはかなりの熱が増加することである。この予備加熱の結果、可燃性混合物は、燃焼の前にすでに高温になっている。これによってドーム温度と可燃性混合物の温度との温度差が小さくなり、約１４００℃の所望のドーム温度を得るために加える必要がある追加熱の量も小さくなる。従来の熱風炉では、通常は高炉ガスである可燃性ガスを、カロリー値が高いガス、例えば天然ガスまたはコークスガス、で強化する必要がある。可燃性ガスを予備加熱することにより、強化の程度を下げることができる。本発明者らは、最高排気温度約６００℃を達成し、例えば公知の型の熱交換装置中で燃焼空気および／または可燃性ガスを予備加熱することにより、排気中の残留熱を可燃性混合物の予備加熱に使用する場合、強化の程度を下げるか、または強化を省略することさえできることを見出した。これによって、熱風炉を著しく大規模に、または高炉ガスのみで運転することも可能になり、可燃性ガスを強化する必要性が低くなるか、または無くなるので、プロセスの運転コストが大幅に低下する。
【００１６】
熱風炉の格子耐火煉瓦の高さは、その熱容量により部分的に決定される。格子耐火煉瓦中に貯蔵される熱の量は、他の熱風炉と共に、熱風を連続的に高炉に供給するのに十分である必要がある。格子耐火煉瓦の量は、熱風炉を建造または修理する際に重大なコストファクターになる。格子耐火煉瓦の高さは、格子耐火煉瓦の最上部から支持組立品までの温度勾配によっても部分的に決定される。特定量の格子耐火煉瓦で、排気温度が支持組立品の最高運転温度に達したら、熱風炉の加熱を停止しなければならない。支持組立品の最高許容運転温度を高めることにより、格子耐火煉瓦の量を、より少なく選択することができる。例えば、ドーム温度１４００℃で、最高排気温度６００℃を使用する場合、最高排気温度４５０℃を使用する場合と比較して、格子耐火煉瓦の量を少なくとも１５％減少させることができる。無論、これは、炉の体制、例えば３基炉または４基炉体制、を維持しながら、これが実際に可能であるか、残りの格子耐火煉瓦の熱容量によって異なる。格子耐火煉瓦量の減少は、すべて、炉を建造または修理する際の経費低減につながる。新しい炉を設計し、建造する場合、本発明の支持組立品を使用して、より小型に設計することもできる。本発明は、熱風炉の他の設計、例えばいわゆる外部シャフトバーナ設計、およびドームバーナ設計、にも関連することに注意すべきである。
【００１７】
本発明の一実施態様では、支柱、および／または支持格子が、実質的に該鋳鉄材料からなり、好ましくは全体が該鋳鉄材料からなる。従って、この実施態様では、支持組立品または支柱、および／または支持格子が、実質的に完全に、または完全に、本発明の鋳鉄材料から製造され、従って、最高排気温度を高めることができる。支持格子または支柱が別の材料から製造される場合、この別の材料が熱風炉中の局所的な操作条件に耐えられる必要があることは明らかである。
【００１８】
本発明の一実施態様では、グラファイト粒子の長さと幅の比は、実質的に２０未満、好ましくは１０未満である。実質的にの用語は、本発明の意図が、全てのグラファイト粒子に対して、この比が２０未満、好ましくは１０未満であることを示している。グラファイト粒子は、グラファイト粒子の長さと幅の比が低下するにつれて、応力強化剤として作用し難くなるので、この比が小さい程、鋳鉄材料の脆さが小さい。この長さと幅およびグラファイト粒子の長さは、そのような粒子の断面における最大長さとして定義され、幅は、そのような粒子の断面における最大幅として定義され、長さおよび幅は実質的に直角に測定することに注意すべきである。この実施態様では、グラファイト粒子は、断面で見た時に細長い。
【００１９】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料が、重量％で、
炭素２．０〜３．８％、
ケイ素１．８〜５．０％、
マンガン０．１〜１．０％、
リン０．１％以下、
硫黄０．１％以下、
所望によりモリブデン１．２５％以下、
不可避不純物および残部鉄
からなる。
【００２０】
本発明者らは、この組成物で、フェライト系マトリックスおよびグラファイト分散物を有し、グラファイトの形状が実質的に芋虫状または団塊状である、または完全に芋虫状または団塊状であり、高温強度を保持し、最高排気温度を実質的に（すなわち大幅に）増加することができる、鋳鉄材料を製造できることを見出した。この鋳鉄材料が、少量の添加剤、すなわちグラファイトの形状が芋虫状または団塊状になるのを促進する接種剤またはグラファイト偏析物を団塊状にするか、または小型化する試剤、も含んでなることは明らかである。これらのグラファイトの形態に影響を及ぼす試剤の例は、マグネシウム、ケイ素、チタン、アルミニウム、および希土類金属である。
【００２１】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料が、フェライト系マトリックスおよびグラファイト分散物を含んでなり、グラファイトの形状が実質的に芋虫状、または完全に芋虫状であり、グラファイト粒子の長さと幅の比が２０未満、好ましくは１０未満、より好ましくは８未満、鋳鉄材料が、重量％で、
炭素２．０〜３．８％、
ケイ素１．８〜５．０％、
マンガン０．１〜１．０％、
リン０．１％以下、
硫黄０．１％以下、
所望によりモリブデン１．２５％以下、
不可避不純物および残部鉄
からなる。
【００２２】
この実施態様では、グラファイトの形態に影響を及ぼす試剤の量およびこれらの試剤を投入する時間は、所望のグラファイト偏析物分散および形状が得られるように選択する。
【００２３】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料が、フェライト系マトリックスおよびグラファイト分散物を含んでなり、グラファイトの形状が実質的に団塊状、または完全に団塊状であり、グラファイト粒子の長さと幅の比が実質的に５未満、好ましくは２未満、より好ましくは約１であり、鋳鉄材料が、重量％で、
炭素２．０〜３．８％、
ケイ素１．８〜５．０％、
マンガン０．１〜１．０％、
リン０．１％以下、
硫黄０．１％以下、
所望によりモリブデン１．２５％以下、
不可避不純物および残部鉄
からなる。
【００２４】
本発明者らは、実質的に、または完全に、グラファイト粒子の長さと幅の比が５未満、好ましくは２未満、より好ましくは約１未満のグラファイト粒子からなるグラファイト分散物を有する鋳鉄材料は、それらの高温強度を高温まで維持することを見出した。１の比は、団塊の形状が円形であることを意味する。安定したフェライト系マトリックスとの組合せで、この材料により、最高排気温度を著しく増加することができる。
【００２５】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料は、モリブデン０．１〜１．２５％、好ましくは０．１〜１．０％、より好ましくは０．３〜０．９％を含んでなる。
【００２６】
モリブデンを添加することにより、鋳鉄材料の引張強度が増加する。モリブデン添加の最大レベルは、材料の靱性に有害な炭化物が過剰に形成されることにより決定される。
【００２７】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料は、ケイ素３．８〜５．０、好ましくは４．０〜４．８％、より好ましくは４．３〜４．８％を含んでなる。
【００２８】
ケイ素を鋳鉄材料に添加することにより、フェライト系マトリックスの安定性が強化される。ケイ素の添加により、相変態温度Ａｃ１が高温にシフトされ、それによって、フェライト系マトリックスの安定した温度範囲が増加し、本発明の支持組立品に鋳鉄材料を使用できる範囲が増加する。ケイ素の添加は、フェライト系マトリックスの高温強度にも有益な影響を及ぼし、従って高温強度が増加する。ケイ素添加量の増加により靱性波低下し、本発明者らは、最大ケイ素量は５．０％、好ましくは４．８％であることを見出した。
【００２９】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料がケイ素１．８〜３．０、好ましくは２．０〜２．９％、より好ましくは２．３〜２．９％を含んでなる。特に、モリブデン０．１〜１．２５％、好ましくは０．１〜１．０％、より好ましくは０．３〜０．９％を、ケイ素１．８〜３．０、好ましくは２．０〜２．９％、より好ましくは２．３〜２．９％との組合せで含んでなる鋳鉄材料は、良好な高温強度と低合金化コストの組合せを与えることが分かった。
【００３０】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料が炭素２．３〜３．８、好ましくは２．３〜３．６％、より好ましくは２．４〜３．３％を含んでなる。これらの範囲は、靱性、（熱的）疲労、鋳造性および固化する際の収縮に悪影響を及ぼす大量の炭化物の形成と、所望のグラファイト分散およびグラファイト形状の形成に十分な量の炭素との間の良好な妥協点であることが分かった。
【００３１】
本発明の一実施態様では、鋳鉄材料がマンガン０．５％未満、好ましくは０．３％未満、より好ましくは０．２％以下を含んでなる。
【００３２】
マンガンは、Ａｃ１温度を下げ、パーライトの形成を促進する。鋳鉄材料のマトリックスがフェライト系になるためには、マンガンの最大許容量が０．５％未満、好ましくは０．３％未満、より好ましくは０．２％以下であることが分かった。
【００３３】
第二の態様では、高炉用熱風炉のような蓄熱性発熱装置であって、該発熱装置が、燃焼室と、該燃焼室から壁により分離されており、蓄熱格子耐火煉瓦で満たされている蓄熱シャフトと、該燃焼室の底部に配置されているバーナと、燃焼空気を供給するための接続口および可燃性ガスを供給するための接続口と、煙道ガスを排出するための排出口と、熱風に変換されるべき冷風を供給するための冷風入口および該熱風を排出するための排出口とを備えてなり、該蓄熱シャフト中の該格子耐火煉瓦が、支持格子および支柱を備えてなる支持組立品によって支持され、該支持組立品が上記の通り与えられるものである、発熱装置を提供する。本発明は、あらゆる種類の熱風炉設計、例えばドームバーナ設計、外部シャフト設計、および以下に詳細に説明する設計、に関連する。
【００３４】
該蓄熱性発熱装置により、該支持組立品中の鋳鉄材料の高温強度のために、最高排気温度を著しく増加することができる。６００℃を超える、例えば６２５、６５０または７００℃、の排気温度を使用することができ、燃焼ガスとしての高炉ガスの強化程度を低くするか、あるいは強化を行わなくてもよい、および／または蓄熱性発熱装置中の格子耐火煉瓦の量を少なくすることができる。排気温度増加は、支持組立品の高温強度により、および組立品および格子耐火煉瓦が耐えられる熱衝撃の程度により制限されるが、これは、「オン・ガス」と「オン・エア」が逆転する毎に組立品および格子耐火煉瓦が熱衝撃にさらされ、その大きさは、「オン・エア」工程の際に蓄熱性発熱装置に入る冷風の温度が、周囲空気の断熱圧縮により実質的に一定で約１８０℃であるために、排気温度の増加と共に増加するためである。
【００３５】
本発明は、蓄熱シャフト中の格子耐火煉瓦を支持するための上記の支持組立品を備えている熱風炉を使用して高炉用の熱風を生成する方法も包含する。これによって、煙道ガスを排出するための排出口を通して熱風炉から出た後の煙道ガス中になお存在する残留熱を使用して燃焼空気および／または可燃性ガスを、炉の燃焼室における燃焼の前に予備加熱することにより、最高排気温度をより高くすること、従って、燃焼ガスとしての高炉ガスを強化する程度を低くして、あるいは強化を行わずに、熱風を生成することができる。このように、高炉ガスを強化する程度を低くして、あるいは高炉ガスのみを使用して、熱風の製造を行い、それによって、コストの大幅な低下および強化ガスの節約を達成することができる。本発明の一実施態様では、煙道ガスを排出するための排出口を通して熱風炉から出た後の煙道ガス中に残留する熱を使用して可燃性混合物を少なくとも１５０℃、好ましくは少なくとも２００℃、より好ましくは少なくとも２５０℃の温度に予備加熱する。特定の熱風炉で、強化を必要とせずに１４００℃のドーム温度を得るのに、カロリー値が約３３００ＫＪ／Ｎｍ３である可燃性混合物には、その可燃性混合物の予備加熱温度は約２８０℃、カロリー値が約３６５０ＫＪ／Ｎｍ３である可燃性混合物には、その可燃性混合物の予備加熱温度は約２００℃で十分であることが分かった。
【００３６】
別の態様では、熱風を供給するための蓄熱性発熱装置、および予備加熱装置、例えば熱交換機、を含んでなる熱風炉装置を使用して高炉用熱風を生成する方法を提供するが、該方法は、煙道ガスを排出するための排出口を通して熱風炉から出た後の煙道ガスのかなりの熱を使用して燃焼空気および／または可燃性ガスを、蓄熱性発熱装置の燃焼室における燃焼の前に予備加熱することを含んでなり、好ましくは煙道ガスの排気温度は少なくとも５００℃である。
【００３７】
強化コストを最少に抑えるために、蓄熱性熱交換機から廃熱を回収することができる。最新の蓄熱性熱交換機の設計廃ガス(waste gas)温度は、約４００〜４５０℃である。その場合、全体としての装置の効率は、典型的には約８０％である。煙道ガスの熱を回収し、蓄熱性熱交換機用の可燃性ガスおよび／または燃焼空気の予備加熱に使用することができる。高価な強化ガスの消費を低減することに加えて、予備加熱装置または廃熱回収装置の使用により、装置全体の効率が８％まで高くなる。予備加熱装置は、好ましくは予備加熱装置から出る最終廃ガス温度を、廃ガス混合物の酸露点、約１３０℃、よりすぐ上のレベルに下げ、予備加熱装置または予備加熱装置に続く煙突系における凝縮を阻止する。
【００３８】
より好ましくは、排気温度は６００℃を超え、例えば６２５、６５０または７００℃である。煙道ガスの排気温度が高い程、予備加熱装置に入るガスの温度が高くなる。これらの高い排気温度を可能にするために、熱風炉に上記のような支持組立品、または他の、５００、６００、６２５、６５０さらには７００℃の排気温度レベルを可能にする支持組立品を取り付ける。従って、本発明は、熱風炉を使用して高炉用の熱風を生成する方法であって、該炉が、蓄熱シャフト中の格子耐火煉瓦を支持するための支持組立品を備え、該支持組立品が、該支持組立品の位置で、５００℃以上、好ましくは６００℃以上、より好ましくは６２５℃以上、さらに好ましくは６５０℃以上、さらには７００℃以上の最高煙道ガス温度または最高排気温度を可能にする、方法も包含する。
【００３９】
ここで、本発明を、組成を表１に示す下記の材料を参照しながらより詳細に説明する。
【００４０】
表１  本発明の支持組立品に使用する、本発明の微小構造を有する好ましい実施態様における鋳鉄材料

材料    Ｃ      Ｓｉ    Ｍｎ    Ｐ      Ｓ      Ｃｒ    Ｃｕ    Ｍｏ    Ｎｉ  
薄層状  3.0     2.5     0.7     0.06    0.05    0.42    n.d.    0.40    n.d.  
ベース  3.1     2.6     0.2     0.05    0.01    0.03    0.04    <0.01   0.02  
Ｍｏ    3.0     2.5     0.2     0.07    0.01    0.03    0.04    0.39    0.02  
MoSi    2.6     4.5     0.2     0.05    0.01    0.03    0.01    0.83    0.02  
【００４１】
表１に示す材料から試料を調製し、高温試験にかけた。これらの試験は、従来から使用されている薄層状材料（表１における「薄層状」、ｎ．ｄ．＝測定せず）に対する特定の設計引張強度は、温度約４００℃で到達することを示している。同じ設計強度に、表１の材料は、ベース材料で約５３０℃、ＭｏおよびＭｏＳｉ材料で約６１０℃で到達している。降伏強度を考えると、ＭｏＳｉは、Ｍｏ材料より約２０℃優れており、設計降伏強度に約６３０℃で達している。
【００４２】
ここで、添付の図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
【００４３】
図１で、参照番号１は、高炉用熱風炉の形態にある発熱装置を表す。熱風炉は、燃焼室２および蓄熱格子耐火煉瓦で満たされた蓄熱シャフト３を含んでなり、燃焼室と蓄熱シャフトは、壁４により互いに分離されている。通常はセラミックバーナであるバーナ５は、燃焼室の底部に配置されている。セラミックバーナ用の燃焼空気は、接続口６を通して供給され、可燃性ガスの形態にある燃料は接続口７を通して供給される。燃焼空気と可燃性ガスの混合物は、燃焼室２の中で燃焼する。燃焼により生じた高温煙道ガスは、燃焼室２の中を上昇し、丸屋根８を経由してそらされ、次いで蓄熱格子耐火煉瓦（図には示していない）で満たされた蓄熱シャフト３を通過し、その通過の際に高温煙道ガスが格子耐火煉瓦を加熱する。煙道ガスは、この作用により冷却され、その一つを例示する排出口９を通って熱風炉から離れる。
【００４４】
蓄熱格子耐火煉瓦が十分に高い温度に加熱された後、口６および７を通して行われる燃料および燃焼空気の供給が中断され、その後、冷風入口１０を通して冷風が熱風炉の中に供給される。次いで、この冷風は、蓄熱シャフト３の中の高温格子耐火煉瓦を通って流れ、ここで加熱され、次いで口１０を経由して熱風炉から出る。口１１は、高温空気、いわゆる熱風、用の配分装置に接続されており、熱風を高炉に供給する。蓄熱シャフト３中の格子耐火煉瓦は、支持格子１２により支持され、支持格子は支柱１３により支持されている。格子耐火煉瓦の下にはキャビティ１４が形成されており、煙道ガスを均等に除去し、格子耐火煉瓦を通して冷風を均等に配分することができる。
【００４５】
図２で、ドーム温度と、燃焼空気および／または可燃性ガスを様々な程度に予備加熱するのに必要なガスのカロリー値との間の関係を図式的に示す。特定カロリー値の可燃性混合物に対して予備加熱温度が高い程（Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ０、Ｔ０は予備加熱無しを意味する）、得られるドーム温度が高いことは明らかである。所望のドーム温度をＴｄで示す。縦軸にはドーム温度を示し、水平軸には可燃性混合物のカロリー値を示す。実際の値は、それぞれの炉の寸法および配置によって異なるので、この図は図式的である。
【００４６】
図３は、特定カロリー値の可燃性ガスに必要な予備加熱温度と強化の量との間の関係を図式的に示す。縦軸には強化程度を示し、水平軸には予備加熱温度を示す。実際の値は、それぞれの炉の寸法および配置によって異なるので、この図は図式的である。
【００４７】
図４は、蓄熱性熱交換機効率および装置効率の定義を図式的に示す。蓄熱性熱交換機または炉装置を評価する時、効率の２つの定義が重要である。熱風を生成するのに使用する実際の装置は炉であるので、最も明白な定義は炉の効率であり、その境界を実線Ａで示す。これは、オペレーターによく知られている効率である。第二の定義は、予備加熱装置または廃熱回収装置、または場合により他の発熱装置を包含する炉装置全体の効率であり、その境界を破線Ｂで示す。炉装置を、低温可燃性ガス（Ｅ）、燃焼空気（Ｆ）、および冷風（Ｄ）だけが進入し（酸素境界および蒸気注入を含めて）、熱風（Ｇ）および煙道ガス（Ｃ）が装置から出るブラックボックスと見なす場合、効率の第二の定義が決定される。本発明は、炉装置の効率増加に関連することに注意すべきである。
【００４８】
無論、本発明は、説明した実施態様および例に限定されるものではなく、説明および請求項の範囲内に入る全ての実施態様を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】高炉用熱風炉の公知の設計である、蓄熱性発熱装置の一例を図式的に示す。
【図２】ドーム温度と、燃焼空気および／または可燃性ガスを様々な程度に予備加熱するのに必要なガスのカロリー値との間の関係を図式的に示す。
【図３】特定カロリー値の可燃性ガスに必要な予備加熱温度と強化の量との間の関係を図式的に示す。
【図４】蓄熱性熱交換機効率および装置効率の定義を図式的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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